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Ecología Aplicada

Print version ISSN 1726-2216

Ecol. apl. vol.2 no.1 Lima Jan./dic. 2003

 

 

Variabilidad del Ensayo Ecotoxicológico con Chironomus Calligraphus Goeldi (Diptera: Chironomidae) para evaluar Cadmio, Mercurio y Plomo

 

José Alberto Iannacone Oliver , Neil Salazar Capcha1 y Lorena Alvariño Flores1

1 Laboratorio de Ecofisiología Animal. Facultad de Ciencias Naturales. Universidad Nacional Federico Villarreal (FCCNM-UNFV). Calle San Marcos 383, Lima 21, Perú. Correo electrónico: joseiannacone@hotmail.com / joselorena@terra.com.

 


 

Resumen

En la evaluación del riesgo ambiental (ERA) de los ambientes acuáticos contaminados por relaves mineros en el Perú se requiere del empleo de organismos biológicos estandarizados como la larva del insecto Chironomus calligraphus Goeldi. Los organismos biológicos para ser usados como herramientas ecotoxicológicas requieren ser sencillos, prácticos, sensibles y repetibles. Por lo que el objetivo de este trabajo fue evaluar el Cd+2, Hg2+ y Pb2+ en forma de cloruro de cadmio (CdCl2), cloruro de mercurio (HgCl2) y nitrato de plomo (Pb3(NO)2) respectivamente, sobre la mortalidad de las larvas de primer estadio del díptero C. calligraphus a 48 h de exposición y así determinar su variabilidad. La especie fue aclimatada y criada en condiciones estandarizadas de laboratorio. Se realizaron seis bioensayos de toxicidad aguda estáticos para cada metal, en cada bioensayo se siguió un diseño experimental en bloques completamente randomizados (DBCR): cuatro repeticiones con seis concentraciones y empleándose 240 larvas por bioensayo. La Concentración Letal media (CL50) en mg del metal L-1 a 48 h de exposición y el coeficiente de variación (CV %) fueron: 132 mg L-1 y 45,45 % para Cd+2; 127 mg L-1 y 22,83 % para Hg2+; y finalmente 18.730 mg L-1 y 33 % para Pb2+. La variabilidad del ensayo con C. calligraphus es comparada con otros organismos biológicos dulceacuícolas al nivel mundial. 

Palabras clave: Bioensayo, Chironomus, cadmio, ecotoxicología, macroinvertebrado, mercurio, plomo, repetibilidad.

 


 

Abstract

Environmental Risk Assessment (ERA) of freshwater environment in Peru needs the employment of standardized biological organisms such as the larval midge Chironomus calligraphus Goeldi. The biological organisms to be employed as ecotoxicological tools should be easy, practical, sensitive and reproductible. The aim of this research was to evaluate Cd+2, Hg+2 and Pb+2 as cadmium chlorure (CdCl2), mercury chlorure (HgCl2) and lead nitrate (Pb3(NO)2) forms, on the mortality of first instar larva of diptera C. calligraphus at 48 h exposure and in this way determinate its variability. The species was acclimated and reared under standardized laboratory conditions. Six bioassays of acute static toxicity for each metal were done, in each one a randomized block experimental design (RBED) was used with four repetitions of five concentrations and employing 240 larvae for each bioassay. The median lethal concentration (LC50) in mg metal L-1 at 48 h exposure and the coefficient of variation (CV %) were: 132 mg L-1 and 45,45 % for Cd+2; 127 mg L-1 and 22,83 % for Hg2+; and finally 18.730 mg L-1 and 33 % for Pb2+. The variability of the essay of C. calligraphus is compared with other freshwater biological organisms all over the world. 

Key words: Bioassay, Chironomus, cadmium, ecotoxicology, lead, macroinvertebrate, mercury, repeatability.

 


 

Introducción

La ecotoxicología es la ciencia que describe y predice el comportamiento de las sustancias en el medio ambiente y las respuestas biológicas del sistema para así, finalmente evaluar el riesgo asociado con estas emisiones (Delvalls & Conradi, 2000). Los bioensayos ecotoxicológicos en el laboratorio con un determinado organismo biológico y el uso de controles permiten predecir el efecto de las sustancias químicas tóxicas (Calow, 1993). Los organismos biológicos para ser usados como herramientas ecotoxicológicas requieren ser sencillos, prácticos, sensibles y repetibles (Iannacone et al., 1998; Alayo & Iannacone, 2002). La APHA (1989) señala como protocolos estandarizados para la realización de bioensayos de toxicidad aguda y crónica acuática a las larvas de los insectos quironómidos, principalmente Chironomus tentans Fabricius, Chironomus riparius Meigen y Chironomus plumosus (Linnaeus) (Mereggalli et al., 2002; Lahr et al., 2003; Martinez et al., 2003). Estos mosquitos quironómidos son abundantes en los ambientes dulceacuícolas y componente importante en las comunidades acuáticas detritívoras (Iannacone et al., 2000; Crane et al., 2002; Sánchez & Tarazona, 2002). 

Chironomus calligraphus Goeldi, es un insecto Pan-Americano, de distribución predominantemente Neotropical, y que también ocurre en la región Neártica Sur, muy común en los ambientes acuáticos epicontinentales de la ciudad de Lima, Perú (Iannacone et al., 1999, 2000; Spies et al., 2002). C. calligraphus ha demostrado una alta sensibilidad a metales pesados (Iannacone et al., 1998; Iannacone & Dale, 1999; Arrascue et al., 2001) y a plaguicidas (Iannacone & Alvariño, 1998, 2000). Para la evaluación del riesgo ambiental (ERA) de los ambientes acuáticos epicontinentales en el Perú se requiere del empleo de organismos biológicos estandarizados como la larva del insecto C. calligraphus.

Los metales pesados, como el cadmio, mercurio y plomo, producen efectos deletéreos en las aguas naturales (Weber, 1996; Iannacone & Alvariño, 1999; Fernández & Beiras, 2001). 

En Latinoamérica existen algunas experiencias de ejercicios de intra e intercalibración empleando baterías de bioensayos, que incluyen artrópodos, para la evaluación de tóxicos de referencias con el fin de determinar el grado de repetibilidad, precisión o variabilidad de estas pruebas ecotoxicológicas (Forget et al., 2000). Así se han realizado en países como Argentina (Ronco et al., 2000), Chile (Castillo & Schäfer, 2000; Castillo et al., 2000a), Colombia (Díaz-Baez & Perez, 2000), Costa Rica (Castillo et al,. 2000b) y México (Pica et al., 2000). En el Perú, aún no se tienen este tipo de experiencias para los bioensayos ecotoxicológicos. 

Por lo que, el objetivo de este trabajo fue evaluar el grado de variabilidad o repetibilidad del bioensayo que emplea a C. calligraphus usando al cadmio, mercurio y plomo como tóxicos de referencia.

Materiales y métodos

Chironomus calligraphus

La colección, identificación y cría estandarizada de C. calligraphus, así como el protocolo de bioensayo siguió el procedimiento detallado descrito por Iannacone et al. (2002a). Los ensayos ecotoxicológicos con C. calligraphus se iniciaron con larvas de primer estadio dentro de 24 h de haber eclosionado de las masas de huevos procedente de la Planta de Tratamiento de Aguas residuales domésticas de Villa El Salvador, Lima, Perú durante el 2000 al 2001. Los ejemplares se separaron al azar de los frascos de eclosión y recuperación de las larvas de primer estadio. Diez larvas de primer estadio se distribuyeron al azar en cada concentración de las muestras con metales evaluadas en cada una de las cuatro repeticiones del ensayo experimental. Cada repetición incluyó cinco concentraciones ensayadas y el control. Las larvas se consideraron muertas si no fueron capaces de moverse coordinada y normalmente cuando fueron pinchadas ligeramente con un alfiler luego de 48 h de exposición. Se emplearon un total de 240 larvas por ensayo. Los bioensayos fueron repetidos seis veces secuencialmente. El pH se midió mediante un potenciómetro. El pH se midió en dos réplicas al inicio del ensayo y a las 48 h de exposición. La temperatura se mantuvo regulada a 20 oC ± 3 oC. 

Metales y Físico-química del agua

Las soluciones madre para los iones tóxicos de cadmio, mercurio y plomo fueron preparadas de la sal metálica a base del cloruro de cadmio (CdCl2), cloruro de mercurio (HgCl2) y nitrato de plomo (Pb3(NO)2) a una concentración de 100 mg L-1. Todas las concentraciones se registraron en concentraciones nominales de ión de metálico. Los matraces aforados previamente fueron lavados con ácido nítrico al 10 % y luego enjuagados en agua destilada y mantenidos a 4 oC (Iannacone et al., 2000). El pH fue ajustado al inicio del ensayo a 7 con una solución NaOH 0,1M o con H2SO4 0,1M. Los datos de oxígeno disuelto se midieron mediante el método de Winkler (APHA, 1989). En el ensayo con Cd2+ se emplearon las siguientes cinco concentraciones 125 mg L-1, 250 mg L-1, 500 mg L-1, 1.000 mg L-1 y 2.000 mg L-1. En el ensayo con Hg2+ se emplearon las siguientes cinco concentraciones 62,5 mg L-1, 125 mg L-1, 250 mg L-1, 500 mg L-1 y 1.000 mg L-1. En el ensayo con Pb2+ se emplearon las siguientes cinco concentraciones 6.250 mg L-1, 12.500 mg L-1, 25.000 mg L-1, 50.000 mg L-1 y 100.000 mg L-1. Para el Cd2+,Hg2+, Pb2+ las cinco concentraciones siguieron un factor de incremento de 2. Las principales características fisicoquímicas del agua destilada son las indicadas por Iannacone et al. (2002b). 

Diseño Experimental y Análisis de datos

Se determinaron la Concentración Letal media (CL50) promedio, su desviación estándar y su Coeficiente de Variación (CV %) para los bioensayos de C. calligraphus expuestos al cadmio, mercurio y plomo utilizando los resultados de las sumas de las cuatro repeticiones de cada concentración. Las diferencias entre las concentraciones se evaluaron a través de un Análisis de Varianza (ANDEVA), previa transformación de los datos a raíz cuadrada del arcoseno, con el fin de ajustar los datos a la distribución normal (Zar, 1996). Se utilizaron los bioensayos como bloques y las variables respuestas provinieron de las sumas de las cuatro repeticiones de cada concentración de cada ensayo. En el caso de existir diferencias significativas entre las concentraciones se realizó una Prueba de Significación DVS (Diferencia Verdaderamente Significativa) de Tukey (Daniel, 1993).

Las CL50s se calcularon usando un programa computarizado de la EPA versión 1,5 –1993 (USEPA, 1993). Estos valores fueron obtenidos a partir del análisis de regresión lineal entre el logaritmo de la concentración de las muestras con metales y la mortalidad Probit (porcentaje transformado). Estos modelos de regresión lineal fueron verificados usando el estadístico χ2 (Martín & Holdich, 1986). Se calcularon los valores de NOEC (Concentración de efectos no observables) y LOEC (Concentración más baja de efectos observables) para cada metal.

Resultados

La secuencia en orden de toxicidad de C. calligraphus expuesto a los tres metales fue: Hg2+ > Cd2+ > Pb2+ (Tabla 1).

 

Las Tablas 2, 3 y 4 señalan los porcentajes de mortalidad para cada una de las cinco concentraciones y el control en cada una de los seis bioensayos para el cadmio, mercurio y plomo, respectivamente. Para todos los casos el CV (%) fue menor del 50 %, a excepción del control del ensayo con cadmio que fue del 75,42 %. Sin embargo, en ninguno de los casos la mortalidad en el control sobrepasó el 20 %. La prueba de Tukey mostró que el LOEC para el Cd2+, Hg2+ y Pb2+ fue de 62,5, 125 y 6.250 ug L-1, respectivamente. En cambio, el NOEC para el Cd2+, Hg2+ y Pb2+ fue de < 62,5 < 125 y < 6.250 ug L-1, respectivamente.

 

 

 

Para C. calligraphus, el valor promedio de la CL50 al cadmio de 132 mg L-1 ocupa la posición tercera en comparación a otras diez especies del género Chironomus (Tabla 5). 

 

Para C. calligraphus, el valor promedio de la CL50 al mercurio de 130 mg L-1 ocupa la posición cuarta en comparación a otras siete especies del género Chironomus (Tabla 6). Para C. calligraphus, el valor promedio de la CL50 al plomo de 18.732 mg L-1 ocupa la posición primera en comparación a otras siete especies del género Chironomus (Tabla 7). La Tabla 8, señala que C. calligraphus ocupa la posición 12va (para el Hg2+), 15va (para el Pb2+) y 18va (para el Cd2+) entre 29 bioensayos ecotoxicológicos empleando diferentes componentes de la biota animal.

 

 

Discusión

Las especies propuestas como herramientas para bioensayos ecotoxicológicos, requieren como requisitos para uso no solo que sean sensibles, sino que los ensayos sean reproducibles con poca variabilidad en su respuesta (Magdaleno et al., 1997; Steevens & Benson, 1998). C. calligraphus es una especie con alta sensibilidad a metales pesados, plaguicidas y a muestras ambientales (Iannacone et al., 2000; Arrascue et al, 2001). Sus valores de CL50 para el cadmio, mercurio y plomo tienen en general el mismo orden de magnitud que otras especies del género (Tablas 5, 6 y 7). En un estudio previo, Iannacone & Dale (1999) encontraron una sensibilidad de C. calligraphus al mercurio (seis veces mayor); al plomo (cinco veces menor) y al mercurio (dos veces menor que la encontrada en el presente estudio). Sin embargo estos resultados correspondieron para cada metal a un bioensayo sin repeticiones. 

Entre los numerosos factores bióticos que pudieran influir en la toxicidad del cadmio, mercurio y plomo sobre las especies de la familia Chironomidae, tenemos a la especie, estado de desarrollo y edad. Los valores comparativos de CL50 expuestos al cadmio, mercurio y plomo para las diferentes especies del Chironomus señalados en la Tablas 5, 6 y 7 señalan diferencias por ser especies diferentes, así como estados de desarrollo y edades diferentes por ser utilizados formas larvarias del primer al cuarto estadio. En general se considera que las formas larvarias de estadios tempranos son más sensibles que los estadios superiores (Tablas 5, 6 y 7). Las larvas de primer estadio (plantónicas) son más sensibles que las de segundo estadio (bentónicas) de C. riparius y de las de cuarto estadio (bentónicas) de C. decorus. Además, entre los factores abióticos se señala al tiempo de exposición como un factor de importancia que influiría en la ecotoxicidad de los tres metales pesados (Peck et al., 2002).

Los coeficientes de variación (CV %) obtenidos para los 29 ensayos empleando especies biológicas acuáticas pertenecientes a diferentes taxas, variaron entre 2,1 a más de 100 % (Tabla 8). El ensayo con C. calligraphus ocupa la posición 12va, 15va y 18va para Hg2+, Pb2+ y Cd2+, respectivamente, el cual fue aceptable al ser menor al 50 %. Uno de los factores que estaría influyendo en la variabilidad encontrada en el ensayo estático de mortalidad con C. calligraphus expuestos a los tres metales a 48 h de exposición, es la estación del año y la calidad del agua (contenido de oxígeno, pH, sólidos suspendidos, etc.) del lugar colecta de los organismos, ya que los quironómidos en la fase de huevos son obtenidos de cuerpos de agua artificiales en forma periódica a través de las diferentes estaciones del año y luego criados artificial y parcialmente en condiciones estandarizadas de laboratorio (Milani et al., 2003). Las especies criadas artificialmente en forma continua durante todo su ciclo vital tienden a presentar menor variabilidad en su respuesta que las especies criadas parcialmente y obtenidas en forma periódica del campo (APHA, 1989; Calow, 1993).

 

Agradecimientos

Al Laboratorio de Ecofisiología Animal de la Universidad Nacional Federico Villarreal, Lima, Perú. 

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