A lo largo de su historia, las operaciones petroleras en la Amazonía, han provocado derrames de distinta intensidad, derrames que terminan en los ríos. Un derrame de gran magnitud tuvo lugar en el Ecuador el 6 de abril 2020, por la ruptura de dos oleoductos, contaminando ríos de gran caudal, afectando en su paso a indígenas comunidades rivereñas
En este documento se analizan los efectos de los derrames de crudo en las poblaciones de microorganismos, y cómo se vulneran los derechos de la naturaleza
Efectos del crudo en las poblaciones microbianas
De especial importancia en el complejo cuenca hidrográfica – río – biota están los microorganismos, porque de estos dependen los ciclos bio-geo-químicos que tienen lugar en estos ecosistemas, para asegurar la continuidad de la vida.
Los microorganismos funcionan en comunidad. La naturaleza y gran magnitud de las actividades metabólicas en las que participan los microorganismos para transformar la materia orgánica, dando continuidad al flujo de materia y energía hace que éstos, en lugar de competir por el mismo nutriente, colaboren para llevar a cabo una transformación determinada que no sería posible si la realizara una sola una especie.
Estas comunidades microbianas se encuentran juntas porque tienen los mismos requerimientos ecológicos y fisiológicos, y comparten elementos de su nicho, o porque dependen de la presencia de un factor común para su estrategia de vida. Normalmente el lugar geográfico en el que se ubican esas comunidades, coincide con espacios en donde las condiciones ecológicas son las óptimas, es decir, donde los microorganismos experimentan el mayor crecimiento y reproducción.
La continuidad de esta estructura de poblaciones y comunidades interactuando se rompe con los derrames petroleros. De igual manera, se rompen los ciclos de nutrientes en los que participan.
Ciclo de nutrientes
La Constitución del Ecuador, reconoce el derecho de mantener y regeneración de los ciclos biológicos y evolutivos[1]. Uno de los ciclos más importantes en la naturaleza es el ciclo de nutrientes.
Las comunidades microbianas juegan un rol central en el ciclo de nutrientes. De estos ciclos depende el proceso del crecimiento de las plantas, y a partir de ellas, de todas las cadenas tróficas.
Los microorganismos contribuyen también en la descomposición de materia orgánica muerta (peces, algas, invertebrados acuáticos, vegetación proveniente de ecosistemas terrestres aledaños, etc.), cerrando las cadenas tróficas. Si algún factor externo altera las poblaciones microbianas, habrá una alteración en el ecosistema en general.
Los ciclos del nitrógeno, del fósforo, que son fundamentales para la vida de todos los seres vivos, están mediados por microorganismos. Estudios realizados en el Golfo de México muestran que la exposición continua a contaminación por hidrocarburos altera el ciclo del Nitrógeno[2].
Si pensamos el lecho de los ríos como rizosfera, es decir la capa donde convive comunidades de microorganismos y material en descomposición, raíces de árboles que emergen del río, vemos que el petróleo crudo afecta las interacciones ecológicas que se dan entre los microorganismos y los otros componentes de la rizosfera. Cuando ocurre un derrame petrolero en un río, el crudo eventualmente lleva al suelo de las orillas. En esos casos, se produce alteraciones en la composición (estructura) de las poblaciones microbianas.
El crudo en el suelo produce alteraciones en la dinámica de los hongos micorrizas (tanto en su diversidad como en su abundancia). Estos hongos ayudan a las plantas en la captación de fósforo y otros elementos vitales para el metabolismo vegetal.
También se afectan las comunidades de bacterias nitrificantes; tanto aquellas que se asocian con las plantas para la transformación del nitrógeno atmosférico en nitrógeno utilizable biológicamente como las bacterias nitrificantes de vida libre que juegan un rol en el metabolismo del nitrógeno biológico en la rizosfera.
Efectos de los hidrocarburos de petróleo en la vida microbiana
Efectos en el tamaño de las poblaciones
La contaminación por hidrocarburos de petróleo (crudo) altera la estructura de las comunidades microbianas, porque mientras la mayoría de especies son eliminadas, las especies tolerantes a la contaminación por hidrocarburos proliferan.
Es decir, se atenta contra el derecho al mantenimiento de la estructura de las comunidades microbianas.
Hay una extensa bibliografía sobre la disminución de las poblaciones microbianas expuestas a contaminación por hidrocarburos[3]. La acción inhibidora de los componentes del petróleo sobre los microorganismos puede ser bacteriostático o bactericida. Ciertos petróleos crudos contienen componentes tóxicos volátiles que son bacteriostáticos, lo que retrasa la biodegradación de los hidrocarburos y aumenta las poblaciones de microorganismos que degradan los hidrocarburos hasta que se evaporan[4]. Población de algas también se reducen en presencia de componentes de petróleo solubles en agua, y la toxicidad está asociada con los componentes volátiles del petróleo. El benceno, el tolueno, el xileno y el naftaleno tuvieron un efecto similar al de los componentes solubles del petróleo en concentraciones bajas, pero las concentraciones altas provocaron la muerte de las algas. Los efectos inhibidores de los componentes del petróleo a menudo dependen en gran medida de la solubilidad y la concentración.
Además de la toxicidad directa para las poblaciones microbianas por los hidrocarburos, los productos formados por la degradación de los hidrocarburos microbianos pueden ser tóxicos. Los alcanos C5-C9 no eran tóxicos para una población de bacterias, pero que los alcoholes de estos hidrocarburos eran inhibidores[5]. Por otro lado, los ácidos grasos formados durante la biodegradación del petróleo exhibían toxicidad sinérgica con los hidrocarburos del sustrato hacia poblaciones autóctonas y de especies únicas de microorganismos estuarinos[6].
Se ha descubierto que los productos de oxidación de los hidrocarburos aromáticos son más tóxicos que el hidrocarburo original. Los efectos inhibidores de los hidrocarburos de petróleo no solo dependen de la naturaleza química de los hidrocarburos, sino también de la población microbiana particular. Las poblaciones bacterianas de un área contaminada aumentaban en presencia de hidrocarburos, pero que las poblaciones bacterianas de un área no contaminada disminuían cuando se exponían a los mismos hidrocarburos[7].
Los hidrocarburos también pueden provocar disminuciones selectivas de algas y poblaciones de protozoos por ejemplo, de algas verdes cocoides y poblaciones de protozoos ameboides, los que desaparecen en presencia de petróleo crudo. Bajas concentraciones de petróleo impiden la división celular de dinoflagelados y diatomeas[8].
puede resultar en aumentos en la población de un número limitado de microorganismos o incluso de una sola especie.
Por otro lado, luego de un derrame petrolero, puede haber aumentos o disminuciones selectivas en el tamaño de las poblaciones microbianas. El efecto de los hidrocarburos sobre el tamaño de las poblaciones microbianas dependerá de la composición química de los hidrocarburos contaminantes y de las especies de microorganismos presentes dentro de la comunidad microbiana del ecosistema particular.
Luego de un derrame aumentarán principalmente los microorganismos capaces de degradar los hidrocarburos y, de manera secundaria, los microorganismos capaces de utilizar los metabolitos producidos por el proceso de degradación del primer tipo de microorganismos.
Además de alterar el tamaño de la población, los derrames petroleros pueden alterar la diversidad de especies microbianas en el ecosistema. En estudios de las comunidades microbianas luego de un derrame se ha encontrado sólo un número limitado de bacterias lo que da cuenta de la disminución de la diversidad de especies bajo el estrés ambiental provocado por los hidrocarburos del petróleo.
Es decir, se atenta contra el derecho a la existencia de las poblaciones que desaparecen en la comunidad microbiana.
Efectos sub-letales del crudo en las poblaciones microbianas
En estudios biológicos hechos después de derrames petroleros habían asumido que los impactos a las poblaciones biológicas de los derrames se reducían casi exclusivamente a la mortalidad aguda. Sin embargo, la persistencia del petróleo a niveles tóxicos y las exposiciones crónicas, aun a niveles sub-letales, toxicidad retardada afectan de manera continua a la biodiversidad, incluyendo a la micro-flora y fauna, produciendo efecto cascadas en las comunidades y en las redes tróficas.
Los hidrocarburos de petróleo pueden tener una variedad de efectos sub-letales sobre los microorganismos. Dado que los microorganismos juegan un papel esencial en la biogeoquímica en el ciclo de nutrientes, la interferencia con las actividades metabólicas microbianas puede tener un gran alcance.
Se ha encontrado alteraciones en las funciones que deben cumplir los microorganismos en el ecosistema. Por ejemplo, las tasas de fotosíntesis de las algas la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno disminuyeron en presencia de petróleo crudo[9].
Un efecto sub-letal importante de los hidrocarburos de petróleo sobre los microorganismos es la interferencia con la quimiorrecepción[10]. La interferencia con la quimio-recepción dará lugar a cambios de comportamiento en los microorganismos y puede interferir con el papel ecológico esencial de los microorganismos afectados con respecto a las relaciones entre depredadores y presas y el equilibrio de la población. Se ha encontrado también que algunos componentes del petróleo inhiben la quimiotaxis[11].
Además, las concentraciones de hidrocarburos necesarias para inhibir la quimiotaxis eran más altas que las que ocurrirían en un ecosistema natural, pero estaban dentro del rango de concentraciones que podrían ocurrir alrededor de un derrame de petróleo importante. La inhibición de la respuesta quimiotáctica parece implicar un bloqueo de los sitios quimiorreceptores. Los organismos afectados conservan la motilidad, pero el movimiento es aleatorio y los organismos no responden a las fuentes de alimentos disponibles[12]. Una consecuencia de tal aumento de la quimiotaxis es la depredación excesiva por parte de las bacterias, la desaparición del coral y la destrucción final de los ecosistemas.
Otro posible efecto subletal de los hidrocarburos del petróleo sobre los microorganismos implica la bioconcentración de dichos contaminantes, como los encontrados en una especie de la bacteria Acinetobacter sp. que acumula hidrocarburos en el citoplasma, frente a la presencia de éste[13]. Lo mismo se encontró en especies de levaduras y los hongos filamentosos y protozoos son capaces de acumular hidrocarburos.
Muchos hidrocarburos del petróleo son cancerígenos y sería una situación muy grave si estos compuestos pudieran concentrarse y pasar a través de la red alimentaria.
La reducción de poblaciones bacterianas es una respuesta adaptativa a los hidrocarburos de petróleo debido a sus propiedades hidrofóbicas que reducen la actividad enzimática y la capacidad de las plantas y microorganismos para absorber agua y nutrientes. Además, los microorganismos compiten por los nutrientes y las fuentes de energía disponibles; por tanto, la población microbiana está restringida.
Cuando ocurre un evento de contaminación por hidrocarburos hay un primer proceso microbiano de rápida degradación de las fracciones lábiles o menos tóxicas de los hidrocarburos; a medida que se consumen estas fracciones, se inicia una segunda fase de degradación en la que se atacan los restantes compuestos tóxicos[14]. Las poblaciones degradadoras de hidrocarburos se multiplican y sufren cambios genéticos. Aumenta el número de plásmidos con genes que intervienen en el catabolismo de hidrocarburos[15].
Algunos organismos pueden ser muy susceptible a los contaminantes presentes en el petróleo crudo (hidrocarburos y metales pesados). En presencia de irradiación, que es muy alta en la Amazonía Ecuatoriana, esta susceptibilidad puede aumentar[16]. Hay otros factores ambientales que incrementan la toxicidad de los hidrocarburos, como es el pH y la temperatura. Dado que los suelos tropicales pueden ser muy ácidos[17] la toxicidad de los contaminantes puede ser aún mayor.
La contaminación a largo plazo provoca la acumulación de una variedad de productos del petróleo en el suelo, incluidos los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) y los hidrocarburos alifáticos, los que influye negativamente tanto en la biodiversidad de los microorganismos como en las funciones del suelo[18].
En estudios hechos en islas oceánicas tropicales de Brasil que están en la zona de influencia del proyecto petrolero prez-sal, se han identificado cambios en las comunidades microbianas debido a la contaminación por hidrocarburos. Esto podrían representar la pérdida de las funciones metabólicas, con efectos catastróficos para los servicios del suelo proporcionados desde estos lugares[19]. Se observó que la diversidad alfa microbiana se redujo para las muestras contaminadas, y abundancia relativa fúngica de las muestras contaminadas se redujo a casi el 40% del total de especies observadas. Las comparaciones de taxonomía mostraron el aumento del filo de Actinobacterias, los cambios en varias clases de Proteobacterias y la reducción de la clase Archaea Nitrososphaerales.
Efectos en micro-organismos asociados a cultivos
La contaminación petrolera puede permanecer mucho tiempo en el lecho del río, especialmente en las llamadas zonas de baja energía. Ahí el crudo y sus compuestos asociados migran y se filtren hacia las capas más interiores, y los sólidos y grasas permanezcan en la superficie. Los hidrocarburos de baja viscosidad pueden penetrar en el subsuelo y persistir en ella por mucho tiempo, debido a las condiciones existentes y continuar afectando a las comunidades microbianas. Eventualmente el crudo se mueve hacia las zonas rivereñas.
La contaminación petrolera puede producir un efecto en cascada en la rizosfera. Puede producir el sofocamiento de las raíces de las plantas rivereñas, restando el vigor a la vegetación, y en muchos casos, matándola, lo que conlleva a la desaparición o disminución de poblaciones de micro-fauna y micro-flora del suelo, y a toda la cadena trófica de las que dependen (micro y macro-invertebrados, pequeños vertebrados, grandes vertebrados, y por supuesto, los seres humanos).
Cuando los contaminantes llegan a zonas cultivadas, se registran pérdidas en las cosechas, pues muchos cultivos mueren en contacto con el crudo. En otros casos la productividad del cultivo baja, lo que tiene serias consecuencias en la economía de los dueños del cultivo. Los derrames petroleros producen una pérdida de fertilidad en el suelo, lo que afecta negativamente en las poblaciones humanas asentadas en la zona de influencia, y en la biodiversidad en general.
A largo plazo está el tema de la persistencia del crudo en los suelos. El petróleo se adsorbe en gran cantidad a la materia particulada, lo que aumenta su persistencia. A corto plazo, el petróleo y las fracciones que contienen componentes asfálticos no se degradan significativamente. Los residuos y productos de polimerización, formados a partir de reacciones entre los radicales libres de los distintos intermediarios del proceso de degradación, forman residuos alquitrán, un material parcialmente oxigenado con un elevado peso molecular; es muy resistente a la degradación, constituyendo una fuente continua de contaminación.
En conclusión
- Las comunidades de micro-organismos del suelo son alteradas por la contaminación petrolera, seleccionándose las poblaciones resistentes a los contaminantes, y desapareciendo o disminuyendo las especies menos resistentes[20].
- Luego de un derrame petrolero, se da una profunda transformación de las comunidades microbiológicas expuestas a hidrocarburos, pues se seleccionan aquellas especies con capacidad de degradar hidrocarburos y desaparecen las especies vulnerables a la contaminación. Se empobrece la diversidad microbiológica
- Que, frente a un escenario de aumento en las concentraciones de petróleo crudo, se produce una reducción significativa de las poblaciones bacterianas en el momento del muestreo inicial, lo que demuestra los efectos negativos de este contaminante, que también actúa como un agente tóxico selectivo[21].
- Que se dan cambios en la rizosfera en mesocosmos contaminados con petróleo crudo a distintas concentraciones, incluyendo cambios significativos en población de bacterias que juegan roles importantes en el ciclo de nutrientes, como las bacterias de vida libre fijadoras de nitrógeno, de bacterias solubilizadoras de fósforo, así como en la nodulación de raíces por rizobios nativos, y en la colonización y número de esporas de hongos micorrízicos arbusculares[22].
[1] Constitución del Ecuador, artículo 71
[2] Horel A. et al (2014). Impact of crude oil exposure on nitrogen cycling in a previouslyimpactedJuncus roemerianussalt marsh in the northern Gulf of Mexico. Environ Sci Pollut Res (2014) 21:6982–6993
DOI 10.1007/s11356-014-2599-z
[3] Shi W. et al. (2002). Association of Microbial Community Composition and Activity with Lead, Chromium, and Hydrocarbon Contamination. Microbial Ecology. DOI:10.1128/AEM.68.8.3859-3866.2002
[4] Atlas, R. M., and Bartha. Can. Microbiol. 18, 1851-1855.
[5] Liu, D. L .S. Micro. Degradation Oil PoZlut., Workshop, 1972 La. State Univ. Publ. No.LSU-SG-73-01, pp. 95-104.
[6] Atlas y Bartha, obra citada
[7] Colwell, R. R., Walker, J. D., and Nelson, J. D., Jr. Microb. Degradation Oil Pollut. Workshop, 1972 La. State Univ. Publ. No.LSU-SG-73-01, pp. 185 – 197
[8] Kauss, P., Hutchinson, T. C., Soto, C., Hellehust, J., and Griffiths, M. Pro . Conf. Prev. Control Oil Spills, pp. 703-714. York.
Nuzzi, R . Proc.-Conf. Prev. Control Oil Spills, pp. 809-813.
[9] Atlas y col. (1975). 75th Annu. Meet., Am. Soc. Microbiol., New York Abstract Q22.
[10] Es la capacidad que tienen las bacterias de detectar y responder a sustancias específicas existentes en su ambiente; algunas de ellas se mueven hacia o se alejan de determinados compuestos químicos, comportamiento denominado quimiotaxis.
[11] Walsh, F., and Mitchell, R. Mierob. Degradation Oil Pollut., Workshop, 1972 La. State Univ. Publ. No. LSU-SG-73-01, pp. 275-278.
[12] Mitchell, R., Fogel, S., and Chet, . Water Res. 6, 1137-1140.
[13] Finnerty, W. R., Kennedy, R. S., Lockwood, P., Spurlock, B. O., and Young, R. A. Mierob. Degradation Oil Pollut., Workshop, La. State Univ. Puhl. No. LSU-SG-73- 01, pp. 105-126.
[14] Kaplan CW y Kitts CL. (2004). Bacterial succession in a petroleum land treatment unit. Appl Environ Microbiol. 70(3):1777-1786. https://dx.doi.org/10.1128/AEM.70.3.1777-1786.2004
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[17] Baillie, I.C. (1996). Soils of the humid tropics. In: P.W. Richards (ed.). The Tropical Rainforest: An Ecological Study. Segunda Edición. Pp. 256-286. Cambridge University Press. Cambridge.
[18] Gałązka et al. Obra citada
[19] Morais D. et al (2016). Responses of microbial community from tropical pristine coastal soil to crude oil contamination. PeerJ DOI 10.7717/peerj.1733
[20] Gałązka et al. (2018). Genetic and Functional Diversity of Bacterial Microbiome in Soils With Long Term Impacts of Petroleum Hydrocarbons. Front. Microbiol. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01923
[21] Alarcón et al. Obra citada
[22] Alarcón A., et al, (2019). Impacto del petróleo crudo sobre grupos funcionales de bacterias cultivables y colonización de microorganismos simbióticos en la rizosfera de Clitoria-Brachiaria crecidas en mesocosmos. Acta Biológica Colombiana. Vol. 24:2. http://dx.doi.org/10.15446/abc.v24n2.64771