EFECTO DEL CADMIO SOBRE EL CRECIMIENTO POBLACIONAL DE LA
DIATOMEA MARINA Chaetoceros gracilis SCHUTT **

Giovanna Vera^1*, Jorge Tam¹, Edwin Pinto¹ y José Angulo²

Introducción.-

El creciente impacto ambiental de las actividades humanas, principalmente el vertido de sustancias químicas liberadas al ambiente por procesos productivos, ha favorecido el desarrollo de una disciplina basada en la toxicología y la ecología: la ecotoxicología, la cual ha sido recomendada como herramienta indispensable en las evaluaciones de impacto ambiental y en la obtención de autorizaciones gubernamentales para realizar actividades productivas, tanto por los expertos del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (CPPS/PNUMA, 1985) como por la Organización Mundial de la Salud (OMS, 1980 en Larraín, 1995). Chateoceros gracilis es una especie que forma parte de la flora fitoplanctónica del mar Peruano (Ochoa et al., 1999), es de fácil manejo en laboratorio, tamaño pequeño y ciclo de vida corto, por lo que posee características ventajosas para la conducción de pruebas de toxicidad. Por tales motivos, se planteó como objetivo de la presente investigación evaluar los efectos inhibitorios del metal cadmio en el crecimiento poblacional de la diatomea Chaetoceros gracilis, y determinar su concentración efectiva media (CE50%).

Las pruebas ecotoxicológicas con Ch. gracilis permitirían establecer relaciones importantes con respecto a las concentraciones presentes en las aguas marinas, con el fin de predecir los efectos ecotoxicológicos en los niveles tróficos superiores.

ANTECEDENTES:

El cadmio es un metal tóxico vertido al ambiente como desecho de minas de zinc, plomo o cobre, y por diversas industrias como baterías, pigmentos, termoplásticos, etc. (Henry y Heinke, 1999). El cadmio, que precede al mercurio en toxicidad, ocasiona graves problemas en la salud humana debido a su no biodegradabilidad, por lo que su incorporación en el fitoplancton es considerada el primer nivel de su bioconcentración en la cadena trófica acuática (Campos, 1987). De acuerdo a los valores de cadmio señalados por Valcárcel et al. (1974), se observa que en algunos lugares de la costa del Perú, como Atico, La Planchada y Mollendo, se ha excedido la concentración máxima aceptable en la Clase VI (preservación de fauna acuática) de la Ley General de Aguas del Perú (El Peruano 1969).

Sánchez y Hollemweguer (1991), en evaluaciones de la contaminación marina realizadas entre 1984 a 1988, encontraron niveles de cadmio en moluscos bivalvos (almejas y mejillones) en la zona de Pisco entre 0,6 y 1,7 µg.g^–1, y en Tacna entre 0,7 y 1,8 µg.g^–1. En Chimbote, los mejillones y almejas presentaron valores elevados de cadmio, de 2,9 a 6,8 µg.g^–1 y de 1,9 a 2,1 µg.g^–1, respectivamente.

Jacinto et al. (1997) mencionan que en evaluaciones realizadas en la bahía de Ferrol, la concentración de cadmio en el bivalvo Semimytillus algosus (3,8 µg.g^–1) superó el valor establecido por la FAO (1983 en Jacinto et al., 1997). También se determinó la presencia de cadmio, cobre y plomo, aunque en bajas concentraciones, en la concha de abanico Argopecten purpuratus.

En el Perú se han realizado pocos estudios de toxicidad con metales usando especies de fitoplancton. Se ha estudiado el efecto del cromo (Alayo y Iannacone, 1999) y del cadmio (Tam et al., 2001) en la diatomea Skeletonema costatum. Otros organismos han sido usados en pruebas ecotoxicológicas con metales, por ejemplo, el cobre con Argopecten purpuratus (Sánchez y Tupayachi, 1988), cobre y cadmio con zoeas de Emerita analoga (Sánchez et al., 1998) y metales hídricos usando al cámaron juvenil Cryphiops caementarius (Bustamante, 1978).

La ecología de Chaetoceros gracilis es poco conocida. Es una diatomea céntrica (Clase Coscinopiscophyceae), de forma rectangular, cuyas dimensiones son de 5 a 7 mm de diámetro por 7 a 10 mm de longitud. No forman cadenas en su medio natural ni en medio de cultivo artificial. Son ovales en su sección transversal y tienen los extremos planos. A cada extremo del frústulo se encuentra un par de espinas (setas). Su pared está compuesta de pectina y sílice, y presenta cloroplastos de tamaño y número variable. Generalmente se reproducen por división sucesiva transversal al eje longitudinal del individuo, o sea en el plano valvar. También forman auxosporas y microsporas, dependiendo de las condiciones a las cuales desarrollan (Mogollón, 1987). Ch. gracilis es una especie nerítica, no muy común, registrada al Sur de California y Baja California, en el Golfo de California, en el mar Artico, en los mares de Groenlandia, Báltico y Mediterráneo (Cupp, 1943). Su presencia también ha sido registrada en el mar Peruano (Ochoa et al., 1999).

Material y Métodos.-

MATERIAL BIOLÓGICO:

La diatomea Chaetoceros gracilis se obtuvo del Cepario del Laboratorio de Microalgas del Área de Cultivos Marinos del IMARPE. Esta alga es usada habitualmente en el Área de Ecofisiología Acuática como alimento proporcionado a organismos reproductores de bivalvos, crustáceos y larvas de equinodermos que se utilizan en diferentes pruebas ecotoxicológicas.

CULTIVO DE LA MICROALGA:

Las cepas de Ch. gracilis se mantuvieron en agar agar y en fase líquida en un medio Guillard “f/2” modificado (Guillard, 1975 en González et al., 1995), en el cual se excluyeron las vitaminas, EDTA y los metales Cu, Zn y Mo. La composición del medio de cultivo utilizado se presenta en la Tabla 1.

PREPARACIÓN DE LAS SOLUCIONES DE CADMIO:

Se prepararon 7 diluciones de cadmio (CdCl2) a partir de una solución stock de 1000 ppm; adicionalmente se consideró una prueba control sin cadmio que contenía solamente el medio de cultivo (agua de mar estéril y nutrientes) y el inóculo de microalgas. Se realizaron tres réplicas por cada concentración. Las concentraciones de cadmio fueron 50, 100, 1600, 6250, 10000, 25000 y 100000 µg.L^–1, y fueron seleccionadas teniendo en cuenta los resultados obtenidos en las pruebas realizadas por Rodríguez y Rivera (1995) y Aoyama et al. (1987). La prueba fue de tipo estático, es decir, las concentraciones fueron añadidas al medio por única vez al inicio de la prueba.

PRUEBAS ECOTOXICOLÓGICAS:

Las pruebas se realizaron en matraces de 250 ml, con aireación contínua. Después de preparar las soluciones de cadmio, se inocularon 10 mL de microalgas para lograr una densidad inicial promedio de 31406 cél. mL^–1, esta densidad corresponde al final de la fase de inducción. Las muestras de microalgas para el conteo se colectaron en viales de 10 mL, al inicio y cada 24 horas, durante 11 días. Se colectaron las muestras tanto de los controles como de las diferentes concentraciones de cadmio. Las muestras fueron preservadas en lugol y el conteo se realizó lo antes posible dentro de las 24 horas siguientes, utilizando una cámara de Neubauer. Las pruebas se realizaron en un ambiente con aire acondicionado a una temperatura de 20 °C ± 1 °C.

Se registraron parámetros tales como temperatura (°C), pH con un potenciómetro ESD MODEL 60, luminosidad con un luxómetro LUTRON LX-101 (lux) y salinidad con un refractómetro SPARTAN A 366 ATC (ups).

ANÁLISIS DE DATOS:

El diseño experimental comprendió 8 tratamientos (7 concentraciones + 1 control) y 3 repeticiones por cada tratamiento. La relación dosis-respuesta se obtuvo a partir de los datos de concentración como variable independiente y porcentaje de inhibición como variable dependiente.

El porcentaje de inhibición del crecimiento poblacional fue calculado usando la siguiente fórmula (Joubert, 1980):

Donde:

I = Porcentaje de inhibición del crecimiento (%)
Ne = Densidad celular expuesta a cadmio (cél.mL^–1)
Nc = Densidad celular del control (cél.mL^–1)

Con los datos de inhibición se determinó la concentración efectiva media (CE50%) utilizando el programa computacional PROBIT (Weber, 1993), que establece la concentración de cadmio que determina una inhibición del 50% del crecimiento poblacional.

Adicionalmente, se estimó la tasa intrínseca de crecimiento poblacional exponencial, usando los datos del control mediante la siguiente fórmula (Rabinovich, 1978):

Donde:

r = Tasa intrínseca de crecimiento poblacional (d^–1)
Nt1 = Densidad celular en día t1 (cél.mL^–1)
Nt2 = Densidad celular en día t2 (cél.mL^–1)

Resultados.-

Los resultados del conteo promedio diario de la abundancia poblacional se muestran en la Tabla 1 y Fig. 1. El porcentaje de inhibición a diferentes concentraciones se grafica en la Fig. 2. La concentración efectiva media (CE50%) para la diatomea Chaetoceros gracilis fue estimada en 591 µg.g^–1.

En la prueba control la especie Chaetoceros gracilis obtuvo una densidad celular promedio máxima de 6675000 cel.mL^–1 al quinto día de sembrada. En este punto, el efecto inhibitorio del crecimiento algal para las concentraciones entre 50 y 100 µg.L^–1 fue de 20% (5325000 cel.mL^–1) y 30% (4658333 cel.mL^–1) de la población, respectivamente. Concentraciones mayores a 1500 µg.L^–1 inhibieron el crecimiento en más del 50 % de la población algal, obteniéndose en la dilución con mayor concentración de cadmio (100000 µg.g^–1) una densidad promedio de 58333 cel.mL^–1.

Usando las densidades celulares del control en los días 1 y 5 correspondientes a la fase de exponencial de Chaetoceros gracilis, se obtuvo una tasa intrínseca de crecimiento poblacional de 1.24 d^–1.

Fig. 1: Crecimiento poblacional de Chaetoceros gracilis a diferentes concentraciones del metal cadmio.

Fig. 2: Porcentaje de inhibición (al quinto día) del crecimiento poblacional de la diatomea Chaetoceros gracilis expuesta a diferentes concentraciones de cadmio (en escala logarítmica).

Discusión.-

Los valores de toxicidad del cadmio usando la diatomea Chaetoceros gracilis en el presente trabajo fueron similares a los obtenidos con Dunaliella salina cuya concentración efectiva media fue de 500 a 1000 µg.L^–1 (Rodríguez y Rivera, 1995). Por otro lado, Ch. gracilis tuvo una sensibilidad mayor comparada con las diatomeas Skeletonema costatum cuya CE50% fue de 1424 µg.L^–1 (Tam et al., 2001) y Tetraselmis suecica cuya CE50% estuvo entre 5000 a 10000 µg.L^–1 (Rodríguez y Rivera, 1995). En el presente estudio se obtuvieron resultados más precisos que en Rodríguez et al. (1995) debido al mayor número de concentraciones investigadas.

De este modo, se puede establecer los siguientes grados de sensibilidad de especies de microalgas con respecto al cadmio: Chaetoceros gracilis < Dunaliella salina < Skeletonema costatum < Tetraselmis suecica. Las diferencias de sensibilidad al cadmio entre las diferentes especies de microalgas, dependerían de las características de la pared y membrana celular (e. g. permeabilidad), de los mecanismos de detoxificación (e.g. almacén en cuerpos polifosfato), de la gravedad de la acción tóxica (e. g. bloqueo de enzimas, deformación de tilacoides y mitocondria) y del grado de bioconcentración (Vymazal, 1987).

Cabe destacar que la prueba ecotoxicológica usando Chaetoceros gracilis debe realizarse durante 5 días debido al tiempo que tarda en alcanzar la capacidad de carga, posteriormente la densidad disminuye por falta de nutrientes. El período de incubación varía según la especie de microalga, siendo como mínimo de 3 días (72 horas) para Skeletonema costatum (ISO, 1995), hasta 8 días para Selenastrum capricornutum (Joubert, 1980), aunque la mayoría recomienda 4 días (96 horas) como período de incubación.

La tasa de crecimiento poblacional de Chaetoceros gracilis (1.24 d^–1) es comparable al rango superior señalado por Margalef (1986) para Chaetoceros socialis (1.3 d^–1).

Conclusiones y Recomendaciones.-

• El cadmio produce un efecto inhibidor en el crecimiento poblacional de la diatomea Chaetoceros gracilis, y la concentración efectiva media (CE50%) de cadmio es de 591 µg.L^–1.

• Chaetoceros gracilis es una especie sensible al cadmio, que puede utilizarse como organismo prueba para evaluar la toxicidad de otros metales, siguiendo las condiciones recomendadas en la Tabla 2. En ausencia de cadmio, Chaetoceros gracilis tiene un rápido crecimiento poblacional (1,24 d^–1).

• Se recomienda ampliar las investigaciones con respecto a la incorporación de metales en organismos fitoplanctónicos, a diferentes temperaturas y salinidades, así como también estudiar la transferencia del cadmio en los niveles superiores de la cadena trófica.

AGRADECIMIENTOS:

Se agradece a la Blga. Carla Aguilar por sus valiosos comentarios sobre el cultivo de diatomeas, y al Tco. José Ortega por su apoyo durante el trabajo de laboratorio.



Bibliografía

__________________________________________________

1*. Línea de Investigación de Ecotoxicología Acuática, Instituto del Mar del Perú (IMARPE), Esq. Gamarra y Gral. Valle, Callao, Perú. giovannavera@mixmail.com.
2. Universidad Nacional Federico Villarreal, Facultad de Ingeniería Pesquera, Av. Francia 726, Miraflores.
** Este estudio forma parte de los trabajos que realiza la Línea de Investigación en Ecotoxicología Acuática (LIEA), para establecer estándares de calidad ambiental y límites máximos permisibles.

Volumenes anteriores

Revistas