Introducción Contaminantes como los metales pesados tienen la capacidad de provocar cambios evolutivos debido a sus efectos dañinos en plantas. Ejemplos de metales pesados son el cobre (Cu), plomo (Pb), zinc (Zn), mercurio (Hg), arsénico (As), etc. Los metales pesados son potencialmente contaminantes devastadores ya que contaminan el aire, el agua y la tierra utilizados por las plantas y los demás eslabones de las cadenas tróficas. Sus efectos en las plantas incluyen: necrosis en las puntas de las hojas e inhibición del crecimiento de las raíces, junto con muchas fatalidades en muchas especias de plantas incapaces de tolerar estos metales. Los sustratos contaminados suelen ser producto del trabajo minero, polución, industria de fundición y chapado, deposito de origen atmosférico de incineradores y tubos de escape de vehículos, uso de fertilizantes y pesticidas, y el deposito de lodos y barros residuales. En el Reino Unido se han identificado aproximadamente 200.000 terrenos contaminados por metales; y en EE.UU. el coste estimado de la limpieza de terrenos contaminados por metales pesados es de $ 7·1 billones utilizando los métodos convencionales.

¿Y afectan sólo a las plantas o también al hombre?

Estos metales no son sólo dañinos para las plantas, sino que se filtran en el sistema de aguas y se introducen en la cadena trófica. En concentraciones pequeñas no suelen tener efectos, pero a medida que se va ascendiendo en la cadena la concentración se va volviendo cada vez mayor. Una tragedia muy conocida es la de la bahía de Minamata, en Japón. Una fábrica de plásticos comenzó a descargar deshechos en la bahía en 1951. En 1953 un millar de personas en Minamata estaban seriamente enfermas. Algunas estaban discapacitadas, otras paralizadas, otras se volvieron ciegas, algunas mentalmente inestables, y otras murieron. La causa de la enfermedad eran los compuestos de mercurio que la fábrica de plásticos echaba en la bahía. Aunque el nivel de mercurio en el agua no era elevado, el 1

mercurio se concentraba en la cadena trófica. El nivel de mercurio en los peces era elevado, y los pescadores y sus familias se contaminaron mediante la consumición de pescado. Otros países han experimentado los resultados de la contaminación por el mercurio. En 1967, muchos ríos y lagos de Suecia estaban tan contaminados por el mercurio que se prohibió la pesca en ellos. En 1970 elevadas concentraciones de mercurio se encontraron en cientos de lagos en Canada y EE.UU. Incluso en 1988 una planta en Merseyside (Inglaterra) vertía más mercurio que el permitido. Ahora que se conoce el peligro, las plantas contaminantes han tomado medidas para reducir el vertido de mercurio. Pero el peligró continua ahí. El mercurio producto de años de contaminación se deposita y sedimenta en el suelo de los lagos. Lentamente es convertido por bacterias en compuestos solubles de mercurio. Estos pueden introducirse en las cadenas tróficas. El problema es que los metales no pueden ser degradados químicamente.

Plantas que toleran o utilizan metales pesados

La mayoría de las plantas capaces de crecer en tierras ricas en metales lo hacen excluyendo iones potencialmente tóxicos de sus sistemas de raíces. En otras plantas, los metales son utilizados como micro nutrientes, aunque a menudo aún concentraciones mínimas saturan a la planta. La habilidad de tolerar la presencia de metales pesados está determinada por el nivel de variación genética del individuo. En un experimento se ha mostrado que sólo 4 de cada 1.000 plantas son capaces de crecer en una tierra rica en cobre, demostrando una tolerancia a este metal pesado. Las plantas más tolerantes son las conocidas como "hiper acumuladores de metales".

Los hiper acumuladores Son plantas que acumulan altas concentraciones de metales en sus tejidos y tienen dos características principales: * la habilidad de crecer y desarrollarse en tierras con unos niveles de metales, tóxicos para casi todas 2

las especies de plantas. * los metales se acumulan exclusivamente en el tallo, y no en las raíces. Los hiper acumuladores tienen las desventajas de ser pequeñas y tardar mucho en crecer. Esto es una desventaja ya que el objetivo es utilizar estas plantas o sus características para purificar tierras contaminadas por metales tóxicos − la fitodescontaminación. La vacuola Este orgánulo celular ocupa un espacio considerable en las células vegetales y es un "almacén" rodeado por un sistema similar a un filtro, la membrana. Algunas plantas pueden tener una capacidad masiva para acumular unos niveles elevados de materiales tóxicos, siempre que estén guardados en la vacuola, ya que de esta manera las células no sufren los efectos tóxicos de estos materiales. La vacuola representa entre un 40 y un 70% del volumen total de una célula vegetal, por lo que habría una capacidad enorme. El proceso es el siguiente: cuando un metal pesado entra en una célula vegetal es inmovilizado (atrapado por materiales similares a una esponja − fitoquelatinas), y luego los metales junto con la fitoquelatinas pasan a la vacuola. De este modo la célula tiene dos sistemas de protección: la unión del metal con la fitoquelatina; y su depositación en la vacuola. La intención es aumentar la habilidad genética de esta absorción en la vacuola. De esta manera se podrían plantar plantas como la patata en terrenos contaminados por metales tóxicos para que absorban lo más posible de estos metales tóxicos o venenos.

¿Cómo se pueden aprovechar las características de este tipo de plantas este tipo de plantas? El objetivo es transferir la cualidad hiper acumulativa, utilizando técnicas de ingeniería genética, a especies mayores, más robustas y que crezcan más rápidamente. Hay que sobreexpresar estos genes en plantas transgénicas que mostraran las características de hiper acumulación y de una gran tolerancia a metales. Para que esto sea posible es necesario un progreso en la identificación de las propiedades metabólicas clave que permiten a estas plantas tolerar concentraciones elevadas de metales pesados. Un grupo científico ha logrado desarrollar con éxito una planta Arabidopsis transgénica que convierte 3

mercurio iónico tóxico en una forma de vapor menos tóxica. El gen (merA) utilizado en este proceso es de origen bacteriano y codifica a la enzima ion mercúrico reductasa, que cataliza la reducción del tóxico, al relativamente inerte, Hg no iónico. Utilizando la reacción en cadena de la polimerasa se modificó la secuencia de nucleótidos de este gen para que se pareciese más al de una planta cambiando la alternancia de los codones, las secuencias de los extremos, y disminuyendo el contenido total de guanina y citosina de un 65% a un 47%. El nuevo gen (merApe9) de introdujo al Arabidopsis (la planta) mediante el proceso estándar de transformación de genes que utiliza Agrobacterium. El resultado fueron plantas transgénicas que cultivadas en un medio con niveles tóxicos de (5 − 20 p.p.m) se desarrollaron de una manera normal. Las plantas control, no alteradas, en cambio, o no germinaron o se murieron rápidamente aun cuando estaban expuestas a niveles bajos de mercurio. Algunas de las plantas transgénicas crecían mejor en un medio con , mientras que se desarrollaron de una manera pobre en un medio que carecía del metal tóxico. Desprendían mercurio volátil, lo cual indica que estas plantas transforman el mercurio tóxico, obtenido como nutriente a través del medio, a un vapor. El nivel de esta reducción es siete veces mayor en las plantas transgénicas que en las utilizadas como control. Estas plantas también eran resistentes al ion del oro (), sugiriendo un amplio espectro de sustratos mara las reductasa ion mercúrico.

La fitodescontaminación Décadas de crecimiento industrial han dejado un legado internacional de contaminación de la tierra y el agua con metales pesados y compuestos orgánicos potencialmente cancerígenos. Con el mercado de remediación de EE.UU. y la Unión Europea en más de $ 20 billones anuales, junto con muchos terrenos abandonados; la demanda por soluciones de "limpieza" asequibles ha aumentado de una manera espectacular. La tecnología actual ha presentado a las plantas como potencial para la limpieza del medio ambiente, la fitoremediación. 4

Esta es un área que todavía está en vías de desarrollo e investigación, aunque una compañía ya ha logrado desarrollar un proceso de fitoremediación denominado "Living Machine" (la Máquina Viva). LM purifica agua mediante la aceleración de procesos naturales. Utilizando una variedad de organismos, incluyendo bacterias, plantas, babosas y peces; para romper y digerir contaminantes orgánicos con la ayuda de la luz solar y un medio controlado. Utilizando invernaderos para acelerar el crecimiento de muchos organismos, las aguas residuales circulan a través de una serie de tanques, tuberías y ciénagas artificiales, donde se modifican los contaminantes. El tratamiento completo se suele completar en 2·5 días.

La fitodescontaminación y los metales pesados Hoy en día no es más que un proyecto, pero la intención es utilizar plantas transgénicas capaces de almacenar enormes cantidades de estos metales y/o modificarlos en compuestos menos dañinos para descontaminar terrenos contaminados por metales tóxicos. Se ha utilizado en el parque de Doñana la fitodescontaminación como coabyudante para la descontaminación de los metales pesados vertidos en la presa de Adnalcoyar. __________________________________________________

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