Bioaccumulo di inquinanti in Procambarus clarkii

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1 Bioaccumulo di inquinanti in Procambarus clarkii FRANCESCO ACRI DANIELE CASSIN LIFE RARITY (LIFE/10/NAT/IT/000239/RARITY) 2011 LIFE presentation 1

2 COMUNITA E RETI TROFICHE Le specie vegetali, animali e microbiche formano associazioni naturali chiamate comunità Gli organismi appartenenti ad una comunità sono legati, sia direttamente sia indirettamente, per mezzo di relazioni alimentari La RETE TROFICA (o CATENA ALIMENTARE) descrive perciò il trasferimento di energia e di materia all interno di un ecosistema ovvero i rapporti alimentari che intervengono in una comunità 2011 LIFE presentation 2

3 Esempio di rete trofica nelle acque dolci Batteri Ciliati Rotiferi Piccoli gamberi Luccio Fitoplancton Larve di ditischi Pesce perla Copepodi 2011 LIFE presentation 3

4 P. clarkii si nutre di: - piante acquatiche - detriti vegetali - uova e larve di insetti - molluschi - uova di anfibi - uova di pesci P. clarkii è cibo per: - pesci - rettili - uccelli - mammiferi 2011 LIFE presentation 4

5 Presenza percentuale di P. clarkii nel contenuto dello stomaco di alcuni vertebrati Luccio: 83 % (Elvira B. et al., 1996) Cicogna: 67 % (Correia A.M., 2001) Lontra: 67 % (Correia A.M., 2001) 2011 LIFE presentation 5

6 Il gambero rosso della Louisiana è in grado di sopportare forti stress ambientali: prosciugamento, temperature estreme, bassi livelli di ossigeno e alta concentrazione di agenti inquinanti È anche capace di accumulare sostanze inquinanti e tossine prodotte da alghe microscopiche nell organismo. Conseguentemente i predatori di questo animale, uomo compreso, assorbono i contaminanti presenti nei suoi tessuti P. clarkii può accumulare nel suo organismo: - metalli pesanti - microcistine 2011 LIFE presentation 6

7 I metalli pesanti Sono solidi, ad eccezione del mercurio, a temperatura ambiente Sono duttili, malleabili e buoni conduttori di elettricità e calore Sono detti pesanti perché la loro densità supera i 5 g/cm 3 Usualmente vengono raggruppati tra i metalli pesanti anche elementi che non sono metalli: arsenico, selenio Alcuni non svolgono alcun ruolo specifico nei processi vitali: arsenico, cadmio, mercurio e piombo Altri sono essenziali a dosi basse o molto basse per l organismo: ferro, cobalto, cromo, rame, manganese e zinco 2011 LIFE presentation 7

8 I metalli pesanti entrano facilmente nella catena alimentare essendo largamente distribuiti nell ambiente in seguito a: Processi naturali: eruzioni vulcaniche, erosione delle rocce ecc. Attività minerarie Processi di combustione: centrali termoelettriche, inceneritori, traffico automobilistico, impianti di riscaldamento Attività industriali: industria metallurgica, industria chimica Abrasione di materiali: manufatti di metallo, pneumatici, vernici ecc. Attività agricole: uso di composti del rame, dello stagno ecc LIFE presentation 8

9 L esposizione dell uomo ai metalli pesanti avviene per: inalazione dall aria di polveri e vapori assunzione d acqua e alimenti contaminati Le cause di contaminazione degli alimenti sono: la produzione di animali e piante in aree altamente inquinate contatto degli alimenti con apparecchiature o materiali metallici durante i processi di lavorazione confezionamento o immagazzinamento degli alimenti in contenitori metallici 2011 LIFE presentation 9

10 I metalli pesanti: sono sostanze tossiche persistenti: non vengono degradati dai processi naturali sono soggetti a bioaccumulo: si accumulano nell organismo in concentrazioni superiori a quelle riscontrate nell ambiente circostante sono soggetti a biomagnificazione: la loro concentrazione è più alta negli organismi che stanno ai vertici della catena alimentare Biomagnificazione del mercurio nel pesce 2011 LIFE presentation 10

11 Tossicità Alcuni metalli pesanti sono, a basse concentrazioni, oligoelementi essenziali per la vita dell uomo (manganese, zinco, rame, selenio) Quando invece sono presenti a concentrazioni superiori a determinate soglie, questi stessi microelementi diventano tossici Per contro, altri metalli, detti microinquinanti inorganici, sono tossici anche in tracce (cromo esavalente) 2011 LIFE presentation 11

12 Grado di tossicità dei metalli pesanti (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002): Elevata: Antimonio, Arsenico, Cadmio, Cromo, Mercurio, Nickel, Piombo Modesta: Ferro, Manganese, Rame, Selenio, Zinco Molto bassa: Alluminio, Argento, Stagno, Stronzio, Tallio 2011 LIFE presentation 12

13 (da Ferraresi A. & Corticelli C., 2002) 2011 LIFE presentation 13

14 (Regione Veneto: LIFE presentation 14

15 Disastri causati da inquinamento da metalli pesanti ( Minamata - Anni: Rilascio di mercurio da parte dell'industria chimica Chisso Corporation nella baia di Minamata - Numerose vittime Sandoz - Anno: Incendio e rilascio di grandi quantità di mercurio dagli stabilimenti della Sandoz nel fiume Reno - I pesci muoiono per una lunghezza di 100 chilometri Parco nazionale di Doñana - Anno: Massiccio scarico di materiale minerario nel fiume Guadiamar - Gravi danni ambientali ed economici 2011 LIFE presentation 15

16 Regolamento (CE) N. 1881/2006: livelli massimi nei crostacei di Piombo Usi: - Edilizia - Batterie per autotrazione - Proiettili per armi da fuoco - Leghe per la saldatura Cadmio Mercurio Usi: - Pile al nichel-cadmio - Pigmenti (giallo, CdS) - Elettroplaccatura (cadmiatura) - Leghe metalliche bassofondenti e per saldatura - Leghe metalliche resistenti all'usura - Semiconduttori Usi: - Apparecchiature scientifiche - Lampade a vapori di mercurio - Industria della soda caustica - Pile - Pigmenti (cinabro, HgS) 2011 LIFE presentation 16

17 Piombo Può ostacolare lo sviluppo cognitivo e delle prestazioni intellettuali nel bambino, nonché aumentare la pressione sanguigna e le patologie vascolari negli adulti L assunzione umana del piombo si realizza attraverso la dieta oppure attraverso l inalazione del piombo atmosferico Nel corso dell ultimo decennio il tenore in piombo negli alimenti è diminuito a seguito delle azioni dirette e indirette compiute su questo versante (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002) 2011 LIFE presentation 17

18 Cadmio Può essere accumulato nel corpo umano e comportare disfunzioni renali, danni a carico dello scheletro e carenze dell apparato riproduttore Non è possibile escludere una eventuale azione cancerogena La fonte principale dell assunzione umana è costituita dai prodotti alimentari (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002) 2011 LIFE presentation 18

19 Mercurio Può provocare alterazioni nello sviluppo cerebrale dei bambini e alterazioni neurologiche negli adulti La fonte principale di assunzione del mercurio sono il pesce ed i prodotti della pesca (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002) 2011 LIFE presentation 19

20 I gamberi che vivono in ambienti inquinati accumulano metalli pesanti nel loro organismo Cadmio, rame, piombo e zinco sono accumulati prevalentemente nell epatopancreas Epatopancras (Huxley T.H., 1880) Mercurio e nichel sono accumulati principalmente nei muscoli e nell esoscheletro 2011 LIFE presentation 20

21 La capacità di accumulare inquinanti rende necessario verificare, qualora si voglia utilizzare P. clarkii come alimento, la qualità delle sue carni Ad es. gli esemplari di P. clarkii campionati in alcune aree venatorie dell area umida di Massaciucoli (LU) mostrano, nell esoscheletro e nell epatopancreas, un marcato accumulo di piombo che proviene dai pallini da caccia nel sedimento Se utilizzati a scopo alimentare potrebbero costituire un pericolo per la salute umana, non tanto per i livelli di piombo rilevati nella parte edibile (in media 0,5 µg/g p.s. nel muscolo) ma soprattutto per le elevate concentrazioni presenti nel contenuto intestinale (in media 340,9 µg/g p.s.; Bianchi N. et al., 2006) Lago di Massaciucoli 2011 LIFE presentation 21

22 Il gambero P. clarkii è in grado di accumulare nel suo organismo le tossine prodotte dal cianobatterio Microcystis aeruginosa 2011 LIFE presentation 22

23 Sono organismi simili ai batteri I Cianobatteri Hanno pigmenti fotosintetici (clorofilla a, b) e un pigmento (ficocianina) che dà loro un colore bluastro, e quindi sono conosciuti come alghe azzurre Hanno un ruolo fondamentale nel ciclo dell azoto (fissano l azoto atmosferico) Vivono nelle acque dolci e marine e nel suolo Hanno la capacità di produrre alcuni metaboliti secondari genericamente chiamati cianotossine Le cianotossine possono essere classificate in base al meccanismo di tossicità in tre classi principali: epatotossine, neurotossine e dermatotossine 2011 LIFE presentation 23

24 Cianobatteri 2011 LIFE presentation 24

25 Distribuzione di cianobatteri tossici in Italia (da Funari E. et al., 2008) 2011 LIFE presentation 25

26 Il genere Microcystis appartiene ai cianobatteri più importanti e studiati per la formazione di fioriture nei corpi idrici All interno di questo genere si distingue la specie cosmopolita M. aeruginosa: - forma colonie che vanno da pochi a 100 individui - è presente nelle regioni temperate in acque eutrofiche ed ipertrofiche - produce microcistine M. aeruginosa Le fioriture di M. aeruginosa avvengono in tarda estate e inizio autunno e sono favorite da: - temperatura di C - livelli di fosforo nelle acque medi o elevati - assenza di mescolamento dell acqua 2011 LIFE presentation 26

27 I cianobatteri del genere Microcystis possono dar luogo a fioriture rapide ed imponenti 2011 LIFE presentation 27

28 M. aeruginosa produce tossine pericolose: le microcistine Le microcistine possono danneggiare: - fegato (bersaglio primario) - polmoni - reni Le microcistine sono agenti cancerogeni Non sono distrutte dalla cottura Delle 60 varianti di microcistine la microcistina LR è la più pericolosa:l ingestione giornaliera non deve superare 0,04 µg/kg di peso corporeo del consumatore e la sua concentrazione deve essere inferiore a 1 µg/l nelle acque destinate al consumo umano (OMS) Microcistina LR 2011 LIFE presentation 28

29 P. clarkii si ciba di microalghe, compresi i cianobatteri, e può accumulare microcistine nel suo organismo L accumulo di tossine è più elevato nell intestino Gli individui grandi accumulano meno tossina di quelli piccoli (normalmente scartati) Un periodo di depurazione prima dell immissione sul mercato può far diminuire nella muscolatura dell addome, ma non nell intestino, il contenuto tossico (Tricarico E. et al., 2008) 2011 LIFE presentation 29

30 Nel 2002 e nel 2003 la pesca di P. clarkii nel lago di Massaciuccoli (LU) è stata sospesa a causa delle fioriture di M. aeruginosa con danni economici per i pescatori Nel 2003 nelle acque del lago sono stati osservati livelli di microcistina superiori a 160 µg/l Anche nei gamberi le concentrazioni di tossina erano elevate (Simoni F. et al., 2004) Lago di Massaciucoli 2011 LIFE presentation 30

31 Problemi legati a fioriture di M. Aeruginosa nel lago di Massaciucoli 2011 LIFE presentation 31

32 Conclusioni La pesca di P. clarkii può contenere la sua diffusione e contrastare i danni ecologici dei quali è responsabile aiutando, nel contempo, l economia locale A causa dell elevata capacità di questo crostaceo di accumulare inquinanti, la sua cattura deve avvenire solo in acque di buona qualità Un periodo di depurazione di almeno una settimana prima dell immissione sul mercato e l eliminazione dell intestino prima di ingerirlo possono aumentare la sicurezza di questo alimento (Tricarico et al., 2008) 2011 LIFE presentation 32

33 Breve bibliografia Bianchi N., Ancora S., di Fazio N., Leonzio C., Tenzoni A. (2006). Livelli di piombo, mercurio e cadmio nell'area umida del parco Migliarino-S.Rossore-Massaciuccoli. XIV Congresso della Società Italiana di Ecologia. Viterbo/Civitavecchia Correia A.M. (2001). Seasonal and interspecific evaluation of predation by mammals and birds on the introduced red swamp crayfish Procambarus clarkii (Crustacea, Cambaridae) in a freshwater marsh (Portugal). Journal of Zoology, London 255: Elvira B., Nicola G.G., Almodovar A. (1996). Pike and red swamp crayfish: a new case on predator prey relationship between aliens in central Spain. Journal of Fish Biology 48: Ferraresi A. & Corticelli C. (2002). Cosa sono i metalli pesanti che si nascondono nel cibo. Agricoltura: Funari E., Scardala S., Testai E. (2008). Cianobatteri potenzialmente tossici: aspetti ecologici, metodologici e valutazione del rischio. Istituto Superiore di Sanità. Rapporti ISTISAN 08/6. 92 pp. Huxley T.H. (1880). The crayfish. New York: D. Appleton and Company. 371 pp. Simoni F., di Paolo C., Mancino A., Simoni F., Falaschi A. (2004). Microcystin concentrations in water and ichthyofauna of Massaci uccoli Wetlands (Tuscany). Harmful Alga News 25, 4 6. Tricarico E., Bertocchi S., Brusconi S., Casalone E., Gherardi F., Giorgi G., Mastromei G., Parisi G. (2008). Depuration of microcystin-lr from the red swamp crayfish Procambarus clarkii with assessment of its food quality. Aquaculture 285: LIFE presentation 33

34 Immagini utilizzate Ciconia_ciconia_hamburg_zoo.JPG _Otter%2C_Owl%2C_and_Wildlife_Park.jpg Pouring_liquid_mercury_bionerd.jpg Microcystis_aeruginosa_680.jpg LIFE presentation 34