Bioindicadores ecotoxicológicos de agrotóxicos

Bioindicadores ecotoxicológicos de agrotóxicos

Mara Mercedes de Andréa

Mara Mercedes de Andréa possui graduação em Ciências Biológicas pela Universidade de São Paulo (1973), mestrado em Ciências (Energia Nuclear na Agricultura) pela Universidade de São Paulo (1986) e doutorado em Tecnologia Nuclear pela Universidade de São Paulo (1992). Atualmente é Pesquisador Científico VI, membro do comitê de pós-graduação do Instituto Biológico em Sanidade, Segurança Alimentar e Ambiental no Agronegócio do Instituto Biológico e docente responsável pela disciplina Ecossistema Edáfico e a Saúde do Ambiente. Recebeu 3 prêmios e/ou homenagem. Atua na área de Ecologia, com ênfase em Ecologia de Solo Aplicada a Estudos de Dinâmica de Pesticidas. Em suas atividades profissionais interagiu com 75 colaboradores em co-autorias de trabalhos científicos. Em seu currículo Lattes os termos mais freqüentes na contextualização da produção científica, tecnológica e artístico-cultural são: COMPORTAMENTO, BIODEGRADAÇÃO, BIOACUMULAÇÃO, DINÂMICA AMBIENTAL, CONDIÇÕES AMBIENTAIS, AÇÃO DE PESTICIDAS, DEGRADAÇÃO, RESÍDUOS e APLICAÇÕES REPETIDAS .CVLATTES http://lattes.cnpq.br/8062400574519278

Contato: andrea@biologico.sp.gov.br

• A contaminação ambiental causada pelo uso crescente e, algumas vezes, indiscriminado de agrotóxicos ou pesticidas tem gerado preocupações quanto ao lançamento inadequado desses compostos no ambiente. 

Sendo os agrotóxicos nocivos aos organismos vivos, deve-ser tomar precauções quanto à sua aplicação, formação de resíduos provenientes das mais diversas fontes e descarte final adequado, de forma que não haja comprometimento do meio ambiente como um todo. Além disso, em alguns casos, os produtos de degradação desses compostos podem ser até mais tóxicos que os produtos originais. 

• O comportamento de agrotóxicos no ambiente pode ser influenciado por diversos fatores como: volatilidade, método de aplicação, tipo de formulação e solubilidade do composto em água; características do solo e plantas; adsorção das moléculas às partículas de solo; persistência e mobilidade dos compostos e condições climáticas do ambiente. Mas, uma vez no ambiente, seus resíduos podem se tornar um risco para todo o agroecossistema.

O estudo dos efeitos de substâncias químicas tóxicas nas comunidades naturais é um dos objetivos fundamentais da ecotoxicologia. Segundo a Agência Americana de Proteção Ambiental, os efeitos de alteração ou de saúde do ambiente são chamados de indicadores ecológicos. 

• Entretanto, há pelo menos uma década tem-se notado que alguns organismos - peixes, insetos, algas, plantas, etc - são resistentes a alguns níveis de contaminação, não morrem quando expostos a agentes tóxicos e fornecem informações precisas sobre a saúde dos ambientes respectivos de cada um desses organismos. Esses tipos de plantas e animais são chamados de indicadores biológicos ou bioindicadores da presença de contaminantes no ambiente.

Os organismos bioindicadores, apesar de não morrerem por alterações do ambiente, respondem a elas por meio de reações comportamentais ou metabólicas mensuráveis, que indicam e refletem alguma mudança no ambiente onde eles vivem. Um indicador é definido como um índice ou uma medida final para avaliar a saúde de um sistema, seja ele econômico, físico ou biológico, e bioindicador é como a biota ou o componente biótico de um ecossistema que é utilizado como indicador da qualidade do ambiente.

• Tem-se verificado que a determinação da contaminação de tecidos de organismos coletados de ambientes naturais é útil. Mas, para fornecer informações de contaminação antes da ocorrência da mortalidade ou do dano, também é necessária a determinação dos efeitos de doses subletais sobre biomarcadores - componentes celulares ou bioquímicos, estruturas e funções que são mensuráveis num sistema ou amostra biológica como bioindicador. De qualquer forma, os parâmetros estudados devem ser sensíveis como bioindicadores de bioconcentração.

Não se deve confundir o uso de bioindicadores com o uso de biomonitores, já que biomonitoramento é a observação contínua de organismos usados como biomonitores de uma determinada área. É o monitoramento que pode fornecer avisos precoces de mudanças no ambiente e que podem resultar em risco para espécies individuais, populações, comunidades ou ecossistemas. 

• Como não se podem monitorar todas as espécies de um ecossistema, têm-se desenvolvido um conjunto de bioindicadores que podem ser usados para se avaliar o status e as tendências de efeitos ecotoxicológicos num ecossistema.

Assim, o termo bioindicador tem sido usado para identificar respostas biológicas que indicam a exposição ou os efeitos de poluentes em organismos, populações, comunidades e ecossistema. Essas respostas biológicas referem-se, portanto, a respostas expressas desde os níveis biomoleculares-bioquímicos até o nível de comunidade. 

• Os bioindicadores ainda são identificados com medidas de efeitos e biomarcadores com medidas de exposição ou da dose dos agentes de estresse. Pode-se apontar como bioindicadores, por exemplo, mudanças na riqueza e abundância de espécies de populações de diferentes comunidades, no tamanho dos espécimes, na integridade reprodutiva, etc. Como biomarcadores pode-se citar como exemplos: atividade enzimática, integridade do DNA, presença de determinadas enzimas, conteúdo de lipídios, etc.

As medidas de bioindicadores têm sido usadas para apontar a probabilidade de um agente estressor (contaminante, alterações das condições físicas, etc.) causar efeito adverso no ambiente e nas populações. São também feitas para caracterizar a saúde do ambiente; indicar o grau de perigo e dar suporte às determinações dos possíveis riscos ecológicos de mudanças na saúde do ambiente. 

• Na agricultura, o uso de agrotóxicos ou pesticidas pode representar um desses riscos porque pode provocar alterações indesejáveis nos ecossistemas por alterações nas funções, atividades, número e abundância de indivíduos de diferentes populações, assim como em características do próprio ambiente. 

Assim, além dos efeitos desejáveis de controle dos organismos fitófagos, organismos fitopatogênicos e competidores, o uso de agrotóxicos pode representar perigo potencial para o ambiente e para as redes ou teias alimentares.

• Entre os efeitos ecológicos de bioindicação, a bioacumulação e a bioconcentração traduzem o acúmulo do poluente nos organismos em relação à quantidade do poluente presente, respectivamente, no solo e na água. Portanto, os bioindicadores devem ter uma relevância biológica para informar sobre a possível contaminação do respectivo ecossistema. 

Entre os fatores que caracterizam esta relevância, um dos mais importantes é a sua posição trófica, isto é, quanto mais baixo for seu nível trófico e quanto mais ele servir de alimento para os níveis superiores da cadeia trófica, maior é a relevância biológica do organismo como bioindicador porque através de sua contaminação toda a cadeia trófica pode se contaminar. Na Figura 1 pode-se notar que há necessidade de muita biomassa de produtores para alimentar o topo da cadeia trófica e verifica-se que, se muitos organismos produtores estiverem contaminados, toda a cadeia alimentar da qual eles fazem parte pode se contaminar. 

• Além disso, quanto mais baixa for a posição trófica de um organismo, maior é a probabilidade que ele faça parte de várias teias ou redes alimentares e, por isso, medidas de contaminação em organismos bioindicadores da base de teias alimentares podem indicar o perigo potencial de contaminação de várias teias alimentares.

Fig. 1 - Exemplo de cadeia alimentar

(Adaptado de: http://www.arcytech.org/java/population/facts_foodchain.html) 

• Outro parâmetro de relevância é o nicho ecológico dos organismos utilizados como bioindicadores. Organismos sedentários ou de atuação em ambientes muito específicos refletem as condições específicas do lugar. 

Organismos que se alimentam de solo (Figura 2) ou filtram grandes volumes de água (Figura 3), como por exemplo minhocas e bivalves aquáticos, têm sido utilizados como bioindicadores de contaminação de solo, de água e de sedimentos não só por agrotóxicos, como por outros poluentes como, por exemplo, metais pesados.

Fig. 2 - Teia alimentar de ambiente terrestre (Adaptado de: Bottomley, 1999) 

Fig. 3 - Teia alimentar de ambiente aquático (M.M. Andréa) 

Bioindicadores ecotoxicológicos de agrotóxicos

• As minhocas têm sido usadas como bioindicadores de poluição do ambiente edáfico porque elas têm papel destacado na formação do solo; na decomposição de resíduos de plantas e ciclagem de nutrientes da matéria orgânica; na formação do húmus e de agregados de solo, onde a atividade biológica é mais intensa; no melhoramento da estrutura, fertilidade, porosidade e capacidade de infiltração, drenagem e retenção de água, ar e também no transporte de microrganismos e nutrientes do solo por meio dos canais formados por sua escavação e seus deslocamentos no solo. 

Por meio de seus deslocamentos e de ingestão de solo ou serapilheira contaminados, as minhocas entram em contato com poluentes que atingem ou são aplicados no solo e nele podem permanecer adsorvidos nas partículas minerais, na matéria orgânica e na solução do solo. 

• Elas podem ainda se expor e absorver os contaminantes da solução do solo por meio de contato direto e passagem pela cutícula. A partir desse contato, as minhocas podem se intoxicar, morrer, ou sobreviver, incorporar e até bio-acumular esses poluentes em seus tecidos.

Portanto, o nicho ecológico e a importante posição trófica das minhocas, que se situam nos níveis mais baixos das teias alimentares terrestres, servindo de alimento para vários animais e como rota de transferência e biomagnificação de contaminantes ao longo dessas teias, além do conhecimento já acumulado sobre seus hábitos alimentares e habitats, fazem delas excelentes bioindicadores de ecotoxicidade de substâncias químicas no solo, pois elas indicam a bioacumulação potencial ao longo dessas teias.

• No ambiente aquático marinho, muitos estudos apontam a utilidade de bivalves para estudos de biomonitoramento porque eles são sedentários, refletem condições específicas do lugar e são filtradores, além de serem naturalmente adaptados a ambientes dinâmicos como os costões e os estuários. 

Mariscos e mexilhões, como bivalves filtradores, são particularmente vulneráveis aos efeitos de sólidos em suspensão e têm sido usados como bioindicadores para bioconcentração de compostos organoclorados. Além disso, esses organismos filtradores e que se alimentam de depósitos sobre o substrato também refletem a contaminação, respectivamente das colunas d’água e do sedimento.

• Assim como há fluxo de energia nas cadeias alimentares, os poluentes podem passar de um nível para outro das cadeias. Desta forma, os organismos dos níveis tróficos mais baixos são os que melhor indicam o potencial de contaminação das teias alimentares. Entre esses, as minhocas e os moluscos bivalves têm sido muito pesquisados, mas muitos outros organismos também têm os atributos necessários para serem utilizados como bioindicadores. 

Mas, na literatura recente, nota-se uma quantidade crescente de estudos com bioindicadores tanto animais como vegetais, entre os quais, cita-se uma grande faixa de espécies, tais como, algas e liquens, invertebrados como caramujos e caracóis, peixes e pequenos mamíferos predadores, anfíbios, outros oligoquetas, etc. Também insetos têm sido cada vez mais pesquisados sob diferentes aspectos.

• Nesses organismos bioindicadores muitas vezes pesquisam-se biomarcadores específicos que devem estar relacionados com as respostas de interesse. Entre os biomarcadores citam-se os efeitos de poluentes em: mortalidade; reprodução representada pelo número de ovos; variação de médias de pesos e tamanhos; respiração; alterações nos conteúdos de lipídios e alterações histológicas; efeito na hemoglobina de insetos; toxicidade para esporos de algas; alterações no comportamento sexual; alterações nas atividades enzimáticas que fornecem informações sobre o metabolismo de substâncias e de elementos dos ciclos biogeoquímicos (arilsulfatase; desidrogenase; celulase, etc), assim como, técnicas moleculares modernas de reação em cadeia de polimerase - PCR.

No Instituto Biológico, pesquisas utilizando organismos e processos como bioindicadores dos efeitos de agrotóxicos no ambiente têm sido feitas no Laboratório de Ecologia de Agroquímicos já há algum tempo. Entre outros resultados, verificou-se, por exemplo, que a biomassa e a atividade de algumas enzimas de origem microbiana em diferentes solos são inibidas ou estimuladas por efeito de agrotóxicos. 

• Porém, de modo geral, esses efeitos são de curto prazo. Também se verificou que repetidas aplicações de alguns agrotóxicos, como o glifosato por exemplo, afetaram a microbiota do solo de tal forma que a mineralização do próprio composto foi diminuída quanto maior o número de aplicações. 

Este herbicida também foi bio-acumulado por minhocas, numa relação diretamente proporcional ao tempo de contato com a terra tratada com ele. As minhocas também bio-acumularam os herbicidas simazina e paraquat. Entretanto, somente a bioacumulação de paraquat aumentou com o aumento da dose de tratamento do solo. 

• Por outro lado, alguns atributos do solo, como seu conteúdo de matéria orgânica, afetam a bioacumulação de agrotóxicos nas minhocas, isto é, quanto maior o conteúdo orgânico, menos composto fica disponível para bioacumulação nos organismos. Por atender aos requisitos, bivalves de mar e de estuário também foram estudados como organismos bioindicadores de sedimentos desses ambientes contaminados com um composto organoclorado, o hexaclorobenzeno, que é classificado pelo Programa Ambiental das Nações Unidas como um dos poluentes orgânicos persistentes (POP). 

Esses estudos demonstraram que o nicho ecológico do organismo influencia no processo de absorção do poluente e determina maiores ou menores valores de bioacumulação. Também demonstraram grande correlação deste poluente persistente achado em vários compartimentos ambientais do mundo todo, com o conteúdo de lipídios dos organismos.

• Verifica-se então que organismos bioindicadores podem servir como modelos de avisos prévios de contaminação e servir como espécies-sentinelas de alterações no ambiente. No entanto, há necessidade de definição do que se espera como bioindicação e pré-requisitos para escolha do organismo bioindicador. 

As bases científicas e os usos de bioindicadores e biomarcadores de estressores ambientais e suas relações com medidas específicas de efeitos mensuráveis em populações da flora e fauna, assim como a humana, são objetivos específicos da “International Society of Environmental Bioindicators - ISEBI” e do periódico Environmental Bioindicators.

Bibliografia consultada:

Andréa, M.M.; Peres, T.B.; Luchini, L.C.; Marcondes, M.A.; Pettinelli Jr., A.; Nakagawa, L.E. Impacto f long term applications of cotton pesticides on soil biological properties, dissipation of [14C]-methyl parathion and persistence of multi-pesticide residues. IAEA-TECDOC-1248. Austria: International Atomic Energy Agency, 2002. p.15-36.

Andréa, M.M.; Pettinelli Jr., A. Efeito de aplicações de pesticidas sobre a biomassa e a respiração de microrganismos de solos. Arquivos do Instituto Biológico, v.67, n.2, p.223-228, , 2000.

Andréa, M.M.; Peres, T.B.; Luchini, L.C.; Bazarin, S.; Papini, S.; Matallo, M.B.; Savoy, V.L.T. Influence of repeated applications of glyphosate on its persistence and soil bioactivity. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 38, n. 11, p.1329-1335, 2003.

Andréa, M.M.; Papini, S.; Peres, T.B.; Bazarin, S.; Savoy, V.L.T.; Matallo, M.B. Glyphosate: influência na bioatividade do solo e ação de minhocas sobre sua dissipação em terra agrícola.Planta Daninha, v.22, n.1, p.95-100, 2004.

Andréa, M.M.; Tomás, A.R.G.; Vampé, T.M.; Barreto, O.J.S.; Luchini, L.C. Bioaccumulation and Retention of 14C-hexachlorobenzene (HCB): I. The Marine Tropical Mussel Perna perna. Environmental Bioindicators, v.2, n.4, p.219-228, 2007a.

Andréa, M.M.; Tomás, A.R.G.; Vampé, T.M.; Barreto, O.J.S.; Luchini, L.C. Bioaccumulation and Retention of 14C-hexachlorobenzene (HCB): II. The Estuarine Clam Mytella guyanensis. Environmental Bioindicators, v.2, n.4, p.229-236, 2007b.

Bartell, S.M. Biomarkers, bioindicators, and ecological risk assessment – A brief review and evaluation. Environmental Bioindicators, v.1, p.60-73, 2006.

Beeby, A. What do sentinels stand for? Environmental Pollution, v.112, p.285-298, 2001.

Bottomley, P.J. Microbial ecology. In: Sylvia, D.M.; Fuhrmann, J.J.; Hartel, P.G.; Zuberer, D.A. (Ed.) Principles and Applications of Soil Microbiology. New Jersey: Prentice Hall, Inc., 1999. p.149-167.

Burattini, S.V.; Brandelli, A. Bioacumulação. In: Zagatto, P.A.; Bertoletti, E. (Ed.) Ecotoxicologia Aquática. Princípios e Aplicações. São Carlos: RiMA, 2006. p.55-88.

Burger, J. Bioindicators: types, development, and use in ecological assessment and research. Environmental Bioindicators, v.1, p.22-39, 2006.

Environmental Protection Agency - EPA – About biological indicators. Link. Acesso em: 15 set. 2003.

Lima, J. S. Bioindicação em sistemas terrestres. Link. Acesso em: 19 out. 2005.

Luchini, L.C.; Andréa, M.M. Dinâmica de Agrotóxicos no Ambiente. In: AMBIENTE, Ministério Do Meio; AGRICULTURA, Fórum Nacional de Secretários de. (Org.). Programa de Defesa Ambiental Rural - Textos Orientadores. Brasília, 2002, p. 27-44.

Papini, S.; Andréa, M.M. Ação de minhocas Eisenia foetida sobre a dissipação dos herbicidas simazina e paraquat aplicados no solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, v.28, p.67-73, 2004.

United Nations Environment Program (UNEP). Ridding the world of POPs: a guide to the Stockholm convention on persistent organic pollutants. Geneva, Switzerland: UNEP., 2005, 18 p

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