Eutrofizzazione – acque colorate a seguito delle attività umane

Eutrofizzazione – acque colorate a seguito delle attività umane
Immagine: T.w. Van Urk | Dreamstime
Ratmir Belov
Journalist-writer

Il problema dell’eutrofizzazione (fioritura dell’acqua) è diffuso e grave, perché secondo UNEP (Programma delle Nazioni Unite per l’ambiente) circa il 30-40% dei laghi e dei bacini idrici nel mondo ha sofferto di questo fenomeno. Inoltre, l’eutrofizzazione può verificarsi sia in acqua dolce che in acqua di mare.

“Cosa c’è di male nell’eutrofizzazione?” – tu chiedi. Sfortunatamente, lo strato di alghe che ricopre tali serbatoi è solo la punta dell’iceberg, che nasconde un vero calderone tossico.

Non devi nemmeno chiederti di chi è la colpa, perché la risposta è dolorosamente ovvia: l’attività economica. Fonti di inquinamento includono le acque reflue urbane ad alto contenuto di fosforo (buongiorno ai produttori di detersivi che usano ancora i fosfati) e i rifiuti agricoli: lavaggi di fertilizzanti fosfatici e azotati, insilati.

Come risolvere il problema dell’eutrofizzazione?

E, a quanto pare, il problema è facilmente risolvibile: puoi vietare i detergenti contenenti fosfato e limitare l’uso di fertilizzanti azotati e fosfatici. Ma prima scopriamo cosa succede dopo che una grande quantità di fosforo e azoto viene scaricata in un serbatoio condizionale.

Azione 1 – Occupazione

Tutto inizia con uno squilibrio tra elementi come fosforo (P), azoto (N) e silicio (Si). Ma un forte aumento della proporzione di N/Si e P/Si (un aumento del fosforo aggiunge soprattutto combustibile al fuoco) non è l’unico componente che diventa un fattore scatenante per la riproduzione attiva del fitoplancton. Ciò richiede anche una temperatura ottimale di 23-28°C. È questa combinazione killer che crea tutte le condizioni per il massimo tasso di crescita delle alghe.

Immagine: Edita Meskoniene | Dreamstime

Cosa fanno gli organismi microscopici che si riproducono molto attivamente? Formano immediatamente uno strato piuttosto denso sulla superficie dell’acqua, occupando gradualmente l’intera area possibile.

Le prime vittime dell’occupazione sono le alghe verdi, per le quali la luce solare è vitale. Le piante morte vengono decomposte dai batteri che consumano ossigeno. Pertanto, poco dopo, le conseguenze stanno già raggiungendo i pesci e altri organismi aerobici, quando nel serbatoio iniziano a formarsi “zone morte” con una concentrazione estremamente bassa di ossigeno disciolto. Aggiungiamo anche la biomassa in uscita delle alghe stesse e, di conseguenza, il nostro serbatoio si sta lentamente e sicuramente trasformando in un “cimitero soffocante”.

Azione 2 – Sottosopra

Pertanto, in un ecosistema, oltre a un aumento ingiustificato della produttività primaria (biomassa, che è creata dalle microalghe), nell’ecosistema acquatico cambiano l’abbondanza relativa delle specie, la composizione tassonomica e la distribuzione spaziale dei produttori primari.

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I cambiamenti nella composizione e nell’ubicazione delle risorse cambiano la distribuzione e il flusso di energia nella catena alimentare. Come esattamente? In un normale ecosistema acquatico, il fitoplancton (alghe microscopiche e altri organismi fotosintetici) viene utilizzato dallo zooplancton (larve di pesce, dafnie, molluschi). Lo zooplancton è cibo per i predatori più grandi (ad esempio i pesci) e i prodotti di scarto di tutti gli organismi sono utilizzati dai decompositori (batteri). Nel sistema di eutrificazione, i principali consumatori sono i batteri che decompongono le piante morte, parte delle alghe e dei pesci. Di conseguenza, gli organismi perdono la loro specializzazione ecologica.

Ma quello che ci interessa di più è l’impatto dell’eutrofizzazione sulla salute umana, quindi andiamo avanti.

Azione 3 – Ambiente tossico

Infatti nel giacimento rimangono in vita solo fitoplancton e microrganismi anaerobici. Rappresentanti tipici del fitoplancton sono le alghe blu-verdi e i rappresentanti di altri gruppi tassonomici che non danneggiano gli altri. Ma in un tale ambiente c’è anche un posto per gli organismi produttori di tossine che, a contatto con una persona, possono causare danni. A proposito, la parola “contatto” implica non solo il bagno in tale acqua, ma anche il suo uso.

Le tossine che si possono trovare negli spazi aperti dei serbatoi eutrofizzati sono divise in diversi gruppi:

  • Epatotossine o peptidi ciclici (microcistine e nodularine);
  • Alcaloidi (cilindrospermopsina, tossoide-a e tossoide-a(i), saxitossina);
  • Polichetidi (aplisiatossine);
  • Amminoacidi (-metilammino-L-alanina o VMAA).
Immagine: Jon Benito Iza | Dreamstime

Le tossine delle alghe come azaspiracid, brevetossina, ciguatossina, acido domoico, dinofisistossina, tossina emolitica, omoanatossina, calotossina, lingbiatossina, maitotossina, pectenotossina, primnesina e simili non sono solitamente incluse in questa classificazione.

Ora è il momento di scoprire esattamente come i corpi idrici eutrofizzati possono danneggiare una persona o addirittura uccidere.

Il danno dell’eutrofizzazione

Microcistine e nodularine

La sintesi di microcistine si osserva in alcune specie del genere Anabaena (A. circinalis, A. flosa-quae, A. lemmermannii, A. millerii), Arthrospira (A. fusiformis), Microcystis (M. aeruginosa, M. botrys, M. ichthyoblabe, M. viridis, M. wesenbergii), Nostoc (N. inckia, N. rivulare, N. zetterstedtii), Oscillatoria, Planktothrix e in alcune specie (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus). Le nodularine sono sintetizzate dalla Nodularia spumigena, comune nell’acqua di mare.

Le microcistine e le nodularine sono talvolta chiamate epatotossine perché il fegato è l’obiettivo principale di questo gruppo di composti. Ma ci sono casi di accumulo di microcistina nei reni, nell’intestino crasso, nel cervello e in altri organi, le cui cellule hanno il trasportatore di anioni organici OATP (Organic Anion Transporter).

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Perché non vengono neutralizzati nello stomaco o nel fegato? Il fatto è che questi composti proteici sono costituiti da forme D di amminoacidi (e le forme L di amminoacidi agiscono come ligandi per gli enzimi), quindi sono resistenti alla digestione.

Le microcistine inibiscono la fosfatasi proteica, a seguito della quale le proteine ​​​​cellulari diventano fosforilanti – questo crea le condizioni per la formazione di tumori. La situazione è aggravata dal fatto che la tossina aumenta l’espressione dei proto-oncogeni (cfos, c-jun, c-mys, p53).

Inoltre, le microcistine e le nodularine attivano la chinasi N-terminale c-Jun e altri enzimi coinvolti nello stress ossidativo della cellula. Questo è irto del verificarsi di emorragie interne e, nel caso di avvelenamento acuto, del verificarsi di shock emorragico in questo contesto.

Poiché le microcistine attraversano la barriera ematoencefalica, all’elenco delle patologie vengono aggiunte una serie di malattie associate al sistema nervoso. Questi includono l’infiammazione del tessuto nervoso e una serie di malattie neurodegenerative.

Immagine: Joaquin Corbalan | Dreamstime

Il significato della dose letale per l’uomo non è stato ancora determinato, poiché diverse microcistine hanno diversi valori di lipofilia e polarità. Tuttavia, la dose media è considerata di 5-10 mcg/kg di peso corporeo.
Ma, fortunatamente, le microcistine e le nodularine possono essere neutralizzate. In primo luogo, questi composti sono intracellulari e entrano nell’ambiente solo se la cellula è danneggiata. Nonostante siano abbastanza stabili nell’ambiente extracellulare e siano completamente distrutte dopo 20 settimane, questo processo può essere accelerato da temperature elevate (40°C) e valori di pH critici. Pertanto, i possibili modi di avvelenamento con microcistine e nodularine sono l’uso di acqua e prodotti non trattati termicamente.

Anatossine

La più comune e allo stesso tempo pericolosa tossina prodotta dalle alghe in acqua dolce è l’anatossina-a. È sintetizzato dai rappresentanti dei generi Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix, nonché da alcune singole specie (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus ).

L’anatossina è un agonista dei recettori periferici e centrali dell’acetilcolina. Quando si lega pre/postsinaptico ai recettori, apre i canali sodio/potassio, causando il blocco della depolarizzazione. Pertanto, dopo essere entrata nel flusso sanguigno, la tossina provoca perdita di coordinazione muscolare, tremori e convulsioni e la morte si verifica dopo la paralisi respiratoria periferica (i muscoli coinvolti nella respirazione smettono di funzionare).

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Puoi essere avvelenato dal tossoide quando fai il bagno, bevi acqua contaminata e additivi alimentari. La dose letale è di 20 mcg / g, la cui ricezione provoca la morte per paralisi respiratoria in 1-2 minuti. Ecco perché il tossoide viene spesso definito fattore di morte molto veloce (VFDF).

E il tossoide-a(i)? Il fatto è che questo composto, a differenza del tossoide-a, è instabile nell’ambiente, quindi, di regola, non rappresenta una minaccia per l’uomo.

Sassitossine

Le sassitossine formano alcune specie del genere Anabaena (A. circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria e la specie Plectonema wollei. Le sassitossine sono anche sintetizzate dai dinoflagellati (genere Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) e si accumulano nei molluschi che vivono in mare e in acqua dolce.

Le sassitossine, a differenza delle microcistine e delle nodularine, sono termostabili, ma possono essere separate dall’acqua per assorbimento su carbone attivo o per ozonizzazione dell’acqua.

Questo alcaloide blocca la conduzione del sodio negli assoni legandosi ai pori dei canali del sodio, impedendo la trasmissione degli impulsi nervosi. In altre parole, provoca la paralisi. Per questo motivo, l’avvelenamento da sassitossina è chiamato “avvelenamento da molluschi paralitici”.

Una persona può facilmente consumare circa 100 microgrammi di saxitossina (questo è di circa 50 microgrammi / l con un’assunzione giornaliera di acqua in un volume di 2 litri). Non tende ad accumularsi nel corpo.

Cilindrospermopsina

La Cylindrospermopsina è sintetizzata da specie come Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum e Umezakia natans. Poiché gli organismi elencati sono caratteristici dei bacini d’acqua dolce, la posizione della tossina non sarà difficile da indovinare.

Immagine: T.w. Van Urk | Dreamstime

Questa tossina, simile alle microcistine e alle nodularine, ha un ampio spettro di azione sull’organismo. L’obiettivo principale della cilindridrospermopsina è il fegato, ma colpisce anche gli occhi, la milza, i polmoni, il timo, il cuore, i reni e simili. Inoltre, la cilindrispermopsina inibisce la sintesi proteica nelle cellule, provoca la frammentazione del DNA in vitro e la formazione di stress ossidativo nelle cellule sullo sfondo dell’inibizione della sintesi del glutatione (un potente antiossidante endogeno).

La dose letale di cilindridrospermopsina è di 6 mg/kg. Si dissolve in acqua ed è stabile a bassi livelli di pH. Quando l’acqua viene riscaldata a 100°C, rimane attiva per 15 minuti, quindi il metodo principale per neutralizzare questa tossina è il trattamento termico a lungo termine dell’acqua e dei prodotti che possono essere potenzialmente infettati dalla cilindridrospermopsina.

Aplisiatossine

Questa è una tossina di natura non proteica, ed è prodotta da alcune specie di alghe dei generi Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, Phormidium nigro-viride specie, che sono caratteristici abitanti delle acque marine.

L’aplisiatossina è in grado di attivare la proteina chinasi C, che contribuisce ad aumentare la fosforilazione delle proteine. Questo, a sua volta, contribuisce all’ulteriore insorgenza di tumori. Inoltre, a contatto con la pelle, può provocare la comparsa di dermatiti acute, nonché infiammazioni delle mucose se la tossina viene ingerita con il cibo o per inalazione.

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La dose letale di aplisiatossina è 0,3 mg/kg. Quando bolle, è instabile e collassa. Ma sbarazzarsi dell’aplisiatossina nell’acqua non è l’opzione migliore, perché in questo modo si rischia di avvelenarsi con i fumi di bromo.

La VMAA-metilammino-L-alanina è un aminoacido non proteico sintetizzato dai generi Nostoc, Synechococcus e Synechocystis, nonché da alcune specie individuali (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) che vivono in mare o in acqua dolce. Questo aminoacido si accumula nei crostacei, in alcuni tipi di pesce e nell’acqua stessa.

La VMAA è in grado di provocare lo sviluppo della sclerosi laterale amiotrofica (morbo di Lou Gehrig), del Parkinson e dell’Alzheimer e di altri disturbi neurodegenerativi. Si ipotizza inoltre che l’amminoacido aumenti l’ubiquitinazione delle proteine, un importante processo di degradazione delle proteine.

Gli effetti neurotossici si manifestano quando una persona consuma VMAA in una quantità di circa 4000 mg/kg di peso corporeo. Ma nel caso di questa tossina, è l’intossicazione cronica che rappresenta un grande pericolo.
Il trattamento termico dell’acqua o degli alimenti, purtroppo, non garantisce la neutralizzazione dell’α-metilammino-L-alanina, poiché questo composto è altamente stabile alle alte temperature e ai bassi valori di pH.

Sopravvivi in ​​natura

Si possono descrivere all’infinito i meccanismi d’azione di varie tossine che possono formarsi nei corpi idrici eutrofizzati. Ma qual è la cosa più importante qui? Accetta il fatto che l’eutrofizzazione trascurata può portare a conseguenze tristi e talvolta tragiche. Pertanto, è nel nostro interesse fare di tutto per ridurre al minimo l’impatto negativo di questo problema ambientale al fine di preservare la salute e la vita.

Per proteggere te stesso e i tuoi cari, devi seguire tre regole semplici ma molto importanti.

  • Prima di tutto, fai attenzione quando scegli i posti in cui soggiornare. Non è necessario nuotare in acque eutrofizzate: ci si può avvelenare anche solo inalando la tossina sotto forma di aerosol.
  • In secondo luogo, fai attenzione quando scegli i frutti di mare (soprattutto se sei un fan dei crostacei): sono questi organismi che molto spesso accumulano tossine in se stessi, che a volte sono semplicemente impossibili da eliminare a casa.
  • E terzo, cerca di non bere l’acqua di fiumi, laghi, stagni e altri specchi d’acqua. Soprattutto se si notano i primi segni di eutrofizzazione (torbidità dell’acqua, strato di alghe in superficie). È meglio usare acqua potabile in bottiglia, perché anche l’ebollizione a lungo termine dell’acqua non è efficace per alcune tossine.
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