Artículo 10 Feb, 2020

Floraciones de Cianobacterias: causas, riesgos y tratamiento

En resumen

  • La aceleración de floraciones de cianobacterias sin precedentes, debido al incremento de temperaturas a causa del cambio climático, se ha convertido en un desafío mundial.
  • Cyanobacteria are microorganisms that structurally resemble bacteria, but lack a nucleus and organelles
  • The spread of Cyanobacterial Harmful Algal Blooms (CyanoHABs) has become a significant concern for societies worldwide
  • There are various methods to treat CyanoHABs, including physical removal, chemical procedures, biological inactivation, and ultrasonic control

Las cianobacterias (algas verde-azuladas) son uno de los organismos más comunes en la Tierra. Aparecieron hace más de 3.500 millones de años, reestructurando toda nuestra biosfera. Se cree que la fotosíntesis de las cianobacterias enriqueció la atmósfera de la Tierra en sus inicios con oxígeno, dando lugar a la vida tal y como la conocemos.

A través de su larga historia, las cianobacterias han evolucionado para adaptarse a numerosos cambios geoquímicos y climáticos. Las Cianobacterias modernas han aprendido a explotar las modificaciones humanas de los entornos acuáticos. El sobre-enriquecimiento de nutrientes y las alteraciones hidrológicas tienen efectos impactantes en los ecosistemas acuáticos de todo el mundo. El incremento de las temperaturas debido el cambio climático, ha acelerado la presencia sin precedentes de floraciones de cianobacterias convirtiéndose en un desafío mundial.

¿Qué son las Cianobacterias?

Las cianobacterias son microorganismos similares a las bacterias en su estructura, pero sin núcleo ni orgánulos. A diferencia de otras bacterias, las cianobacterias pueden llevar a cabo la fotosíntesis oxigenada y contener clorofila a. Adicionalmente, tienen una notable capacidad de adaptación a los cambios climáticos. Logran sobrevivir muchos años a la luz ultravioleta de alta intensidad, a la deshidratación, a los ambientes hipersalinos y a las temperaturas extremas.

Estos microorganismos crecen en lagos de agua dulce, arroyos, océanos, suelo húmedo, rocas húmedas y otros lugares. A lo largo de miles de millones de años de evolución, las cianobacterias han formado asociaciones simbióticas únicas con microorganismos, plantas, hierbas marinas, hongos, esponjas y cícadas. Incluso viven en el pelaje de los perezosos y los osos polares. Individualmente, son demasiado pequeñas para verlas sin un microscopio, pero llegan a crecer en enormes colonias que pueden ser vistas desde el espacio.

¿Cuáles son los riesgos de las floraciones de cianobacterias nocivas?

Las floraciones de cianobacterias pueden ser extremadamente peligrosas para la salud humana, los animales y los ecosistemas, deteriorando la calidad de elementos fundamentales como el agua. La expansión de estas floraciones de algas cianobacterias nocivas (CyanoHABs por sus siglas en inglés) se ha convertido en una gran preocupación para las comunidades de todo el mundo.

Impacto ambiental

La proliferación de las cianobacterias puede perjudicar considerablemente la salubridad de un recurso tan importante como el agua, desde el agua potable, la pesca, la irrigación hasta su uso recreativo.  Al disminuir el oxígeno del agua, liberan cianotoxinas y deterioran su calidad, dañando gravemente el ecosistema acuático, causando la asfixia y muerte de peces y plantas y comprometiendo la seguridad de animales y seres humanos.

Impacto económico

Las CyanoHABs logran generar pérdidas económicas en muchos sectores de negocios. Pueden causar daños financieros importantes al sector agrícola, la pesca, las plantas de tratamiento de agua, la industria del turismo, los servicios recreativos y los precios de los bienes inmuebles en las zonas costeras.

Impactos en la salud

Las cianotoxinas liberadas por algunas cianobacterias son producidas y almacenadas en sus células. La mayoría de ellas se liberan después de la muerte de la célula se abren por lisado mediante un tratamiento químico. Las cianotoxinas pueden ser muy dañinas para los humanos, los animales y el medio ambiente y al desintegrarse, las cianobacterias producen un mal sabor y olor.

Si las personas consumen cianotoxinas, ya sea bebiendo agua contaminada, ingiriéndola al nadar o comiendo pescado infectado, pueden perjudicar su hígado (hepatotoxinas), su sistema nervioso (neurotoxinas), y la piel. Estas toxinas pueden causar daño renal, dolor abdominal, dificuldad para respirar y pueden aumentar el crecimiento tumoral (dermatoxinas). También se han registrado múltiples casos de enfermedades y muertes de animales domésticos y salvajes relacionadas con las cianotoxinas.

Tanto la exposición prolongada a niveles bajos de toxinas como el contacto a corto plazo con niveles altos de toxinas deterioran la salud. Para los administradores del agua, es crucial saber si el agua potable contiene algas verdiazules y toxinas asociadas. Por lo tanto, es esencial cumplir con las pautas actuales sobre el agua potable para las toxinas para garantizar que se minimice el riesgo para la salud pública.

¿Qué causa la proliferación de Cianobacterias?

El enriquecimiento antropogénico de nutrientes, los patrones hidrológicos alterados y los cambios climáticos aceleran la intensidad, la duración y la frecuencia de las cianobacterias, así como la producción y floración de sus cianotoxinas. Esto depende del extenso suministro de nutrientes (N (nitrógeno), P (fósforo) y metales traza), el aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera, la intensidad de la luz y las temperaturas elevadas del agua las cuales intensifican su crecimiento. La estratificación vertical, el tiempo de estadía del agua, y las interacciones con otras biotas (bacterias, virus, peces, entre otros) son también factores significativos.

La contaminación de nutrientes contribuye a la expansión de cianobacterias

Las cianobacterias están aprovechando activamente la contaminación de los sistemas de agua producida por el ser humano. Florecen con la contaminación de nutrientes y la eutrofización o enriquecimiento de nutrientes. Este es un proceso contaminante en cuerpos de agua que produce un excesivo crecimiento de algas y otras plantas acuáticas, que al descomponerse consumen oxigeno, afectando negativamente estos ecosistemas acuáticos al producir la muerte de flora y fauna. Las actividades urbanas, agrícolas e industriales aumentan la contaminación de nutrientes, la salinización y la eutrofización de las vías fluviales. Esto estimula floraciones de cianobacterias más frecuentes y persistentes.

El cambio climático agudiza la proliferación de cianobacterias

El cambio climático es otro poderoso catalizador de la expansión de las cianobacterias. El aumento de las temperaturas y los cambios en los patrones de precipitación estimulan la expansión de las cianobacterias. Las temperaturas elevadas conducen a un inicio más temprano y a una mayor duración de la estratificación térmica, lo que hace que las cianobacterias flotantes sean más resistentes.

La respuesta de las cianobacterias al aumento de las temperaturas depende en gran medida de la disponibilidad de nutrientes. Los cambios en el clima alteran las precipitaciones y los procesos biogeoquímicos que hacen que los nutrientes estén disponibles en mayor medida para las floraciones de cianobacterias.

Las floraciones de Cianobacterias aceleran el cambio climático

Los CyanoHABs extraen el CO2 de la atmósfera, convirtiendo a lagos en depósitos de CO2.

Un estudio reciente publicado en Science Advances concluye que durante la fotosíntesis, los CyanoHABs también producen cantidades significativas del gas metano de efecto invernadero. Se observan tasas sustanciales de producción de metano bajo diversas condiciones: luz, oscuridad, óxido y anóxico.

Esto crea un circuito de retroalimentación positiva con un gran impacto perjudicial: las temperaturas globales más altas del agua estimulan más CyanoHABs, los cuales emiten más metano, lo que provoca más calentamiento global.

¿Qué produce los olores y el sabor a moho?

El sabor y olor desagradables son causados principalmente por la presencia de dos metabolitos producidos por una variedad de bacterias cianobacterias y actinomicetos: 2-metilisoborneol (MIB) y geosmina. Estos son indicadores importantes de la calidad del agua potable y ocasionar quejas por parte de los clientes, ya que resultan evidentes a niveles muy bajos (desde 500 células/mL-1).
Por lo tanto, se recomienda un tratamiento de agua temprano. Los olores y sabores desagradables se convierten en un problema durante los meses más cálidos, cuando las temperaturas más altas fomentan el crecimiento de algas.

A pesar de su olor y sabor terroso y mohoso, es posible que el agua no sea peligrosa para beber. Contrariamente a la creencia común, la ausencia de compuestos no garantiza que el agua sea segura para el consumo. Por esto existen pautas establecidas para aportar claridad sobre la seguridad del agua. Por ejemplo, las directrices australianas sobre el agua potable distinguen dos tipos diferentes de valores de referencia: un valor de referencia relacionado con la salud y un valor de referencia estético.

Directrices sobre el agua potable

Las directrices sobre la calidad del agua potable recomiendan niveles tolerables para los componentes que pueden amenazar la salud pública; por lo tanto, son importantes para las autoridades de suministro de agua. Los estados, regiones o países respectivos desarrollan valores de referencia basados en las directrices sobre la calidad del agua potable de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Estas pautas muestran un acuerdo científico sobre los peligros para la salud que presentan los productos químicos y microbios presentes en los suministros de agua potable.

Los lineamientos son fundamentales para desarrollar estrategias adecuadas de gestión de riesgos. Estos son algunos ejemplos de valores de referencia para la concentración de microcistinas totales en el agua potable que deben cumplirse en cada país: Australia 1,3 μg por L-1; Sudamérica 1,0 por μg L-1; Canadá 1,5 μg por L-1; OMS 1.0 μg por L-1; Estados Unidos de América: Actualmente, las cianotoxinas se aceptan como contaminantes no regulados y pueden requerir regulación bajo la Ley de Agua Potable Segura (the Safe Drinking Water Act).

¿Qué deben monitorear los administradores del agua?

Primero, es crucial saber qué especies de algas están presentes en el cuerpo de agua, así como el nivel de toxinas disueltas, recuentos de células y compuestos de sabor y olor. Este último punto no puede estar directamente relacionado con la toxicidad por cianobacterias; solo se puede utilizar para la evaluación y no como base para un sistema de alerta. La evaluación facilita una mejor comprensión del problema de las cianobacterias. Dependiendo de los resultados iniciales, la administración del agua puede implementar el Marco de Niveles de Alerta, pautas de agua potable, medidas de control o tratamiento del agua.

El examen microscópico y la enumeración se utilizan comúnmente para determinar las especies de algas y estimar la abundancia de células de cianobacterias coloniales y filamentosas. Los resultados se especifican habitualmente como células por mL-1 y luego se pueden usar en el Marco de Niveles de Alerta para evaluar el reservorio en términos de su carga de cianobacterias.

Con base en esta información, es posible implementar técnicas analíticas adecuadas para determinar los niveles de toxinas. Otro método para detectar cianotoxinas son los programas de monitoreo en tiempo real que recopilan parámetros de calidad del agua, como la ficocianina. De esta manera, los administradores del agua pueden recibir advertencias tempranas de CyanoHAB tóxicas.

¿Cuál es el tratamiento de las Cianobacterias?

Las CyanoHABs presentan importantes desafíos para la gestión ambiental de los cuerpos de agua.

Garantizar el funcionamiento saludable de los ecosistemas acuáticos y la seguridad de las actividades recreativas requiere una gestión eficaz de las CyanoHABs. Existen varios métodos para tratarlas, incluyendo la extracción física, los procedimientos químicos, la inactivación biológica y el control ultrasónico.

Tratamiento químico

El tratamiento químico es el método más utilizado, y también el más nocivo para el medio ambiente. Consiste en utilizar sulfato de cobre y peróxido de hidrógeno, que causan la muerte repentina o la lisis de las células de las cianobacterias. Como resultado, se produce la liberación de cantidades masivas de cianotoxinas. Sin embargo, la intervención química no resuelve el problema central de las CyanoHABs, ya que pueden reaparecer después del tratamiento.

Reducción de nutrientes

Reducir la cantidad de las cargas de nutrientes que entran en los sistemas de agua podría ayudar a limitar el crecimiento de CyanoHABs. Sin embargo, esto requiere cambios radicales en las actividades urbanas, agrícolas e industriales que producen la contaminación de nutrientes y sus principales fuentes son: la agricultura, la acuicultura, la cría de animales, las aguas residuales, las aguas pluviales, los combustibles fósiles y los hogares. Esta gran variedad de orígenes hace que la contaminación por nutrientes sea muy difícil de controlar tan rápida y eficazmente como es necesario.

Control con ultrasonido

Para evitar el uso de productos químicos nocivos y lograr un tratamiento rápido y eficaz, LG Sonic ha desarrollado una tecnología de ultrasonido para controlar las floraciones de algas. Este sistema de ultrasonido crea una barrera de sonido en las capas superiores del agua para controlar el crecimiento de las cianobacterias. Bajo tales condiciones, no pueden alcanzar la superficie del agua, por lo que no pueden seguir creciendo. Para mantener el equilibrio ecológico, el sistema no elimina completamente las cianobacterias, sino que las reduce hasta en un 90%. De esta manera, el ecosistema acuático puede ser restaurado de forma segura, reduciendo y controlando niveles saludables de estos microorganismos.

Recomendaciones

El éxito en la reducción de las CyanoHABs debe basarse en una comprensión profunda de los principios de la dinámica de los ecosistemas acuáticos. Debe apoyarse en una vigilancia fiable, alertas, métodos de tratamiento ecológico y planes de acción adecuados. Una mitigación inadecuada de estos organismos puede conducir a un daño extensivo a los ecosistemas acuáticos y causar importantes pérdidas socioeconómicas que pueden ser incluso peores que los impactos mismos de las cianobacterias.