Biomarkeri in ecologie - bioindicatori si biomonitori

Biomarkerul (markeri boilogici) este o caracteristica masurata obiectiv si evoluata ca indicatori ai proceselor biologice normale sau ca raspuns formacelogic la o interventie terapeutica. Aceasta este o definitie larga care cuprinde si testele de laborator.

Studiile radiologice si constatarile examenelor fizice, desi acest termen este relative nou (anii 60”) evaluarile si masuratorile biologice ale starii de sanatate au fost practicate din antichitate fiind mentionate de ex. in scrierile din egiptul antic.

Biomonitori si bioindicatori in ecologie

Determinarile fizice si chimice ale poluantilor admosferici reprezinta metode precise prin care se stabileste cantitatea si calitatea acestora. Sunt fragmente utilizate in estimarea impactului biologic pe care il vor avea asupra organismelor vii.

Spre deosebire de aceste metode utilizarea markerilor biologici ofera date exacte asupra efectului pe care il are expunerea la poluanti asupra organismelor. Raspunsul biologic integreaza influienta directa a poluantilor, cu modalitatile proprii de raspuns ale fiecarei specii sau individ in parte.

In present exista un interes tot mai crescut legat de utilizarea biomarkerilor pt a detecta modificarile incipiente care au loc in structura si functionalitatea organismelor inainte ca afectarea ecosistemului sa fie majora.Initierea unui studiu privind impactul poluantilor asupra unei specii dintr-un ecosistem necesita :

stabilirea stratului curent al specie

posibila ei evolutie ulterioara

Metodele fizico-chimice descriu cu acuratete si in timp real, cantitatea de poluanti dintr-un stationar (zona), au sensibilitate creascuta sunt specifice si reproductibile necesitand aparatura performanta, deplasabila la locul investigatiilor in sipiu (in teren). Desi au o mare acuratete aceste metode nu iau in considerare si alti factori impreuna cu care poluanti actioneaza sinergic asupra unui organism viu.

Aceste metode pot stabili doar potentialul impact biologic pe care il au poluantii intr-o anumita zona, nu si riscul efectiv pe care il implica expunerea la actiunile lor.

Metodele biologice releva orice raspuns al unui organism sau al unei comunitati de organisme atunci cand acestea sunt supuse unor factori de stres. metodele biologice pot include atat bioindicatori care arata prezenta sau absenta unui factor de stres,cat si biomonitori care furnizeaza informatii suplimentare asupra intensitati factorului de stres. Spre deosebire de metodele fizico-chimice cele biologice nu au aceeas precizie in masurare, raspunsul biologic este influientat atat de durata expunerii si de concentratia poluantilor cat si de selectivitatea fiecarui organism in parte.

Avantajul real al utilizari metodelor biologice este faptul ca ele pot integra influienta mai multor factori iar raspunsul obtinut este rezultanta actiuni acestora si a reactiei organismului viu.

Comparand aceste metode putem concluziona ca nu exista un indicator mai bun pt investigarea stratului unei specii sau al unui ecosistem, decat specia sau ecosistemul.

Metode biologice utilizate in investigarea poluarii atmosferei, pot fi clasificate in passive sau active:

Metodele passive utilizeaza plantele care cresc in in mediul natural afectate de poluare, acestea prezinta adaptari ecologice specifice locului in care traiesc.

In cazul studiilor in situ este dificil de separat raspunsul fievarui individ deoarece:

exista o neuniformitate a expunerii la un anumit factor de stres sau agent poluant

exista o variabilitate genetica destul de accentuata chear intre individual aceleas specii

este dificil de separate reacii la un anumit poluant deoarece in mediul natural exista surse multiple de poluare  

Un organism vegetal poate fi clasificat fie ca reactor la actiunea unui poluant,fie ca acumulator.

Un reactor manifesta sintome specific sau da un raspuns masurabil in functie de intensitatea poluantului.

Un acumulator nu prezinta neaparat anumite sintome ci acumuleaza poluantul prezentat o poluatie mult crescuta a acestuia in tesuturi.

Bioindicatori si biomonitori

Pt a fi utilizata ca bioindicatori o specie trebuie sa prezinte o reactie caracteristica la actiunea unui poluant care sa nu fie confundat cu cea produsa de alti factori de stres. Bioindicatorul este un organism sau un raspuns biologic care indica prezinta unui anume poluant prin aparita unor simtome tipice sau a unor manifestari cuantificabile (masurabile).

Biomonitorul furnizeaza informatii asupra prezentei poluantului si informatii suplimentare asupra efectelor corelate cu intensitatea expuneri la actiunea acestora. Bioacumularea unui poluant este considerata un biomonitor, in timp ce bioindicatori sunt utilizati de multa vreme si au aplicabilitatea cunoscuta. Biomonitori nu sunt suficient de bine stabilizati pt a reflecta clar pt un anume poluant.

Bioindicatori au fost utilizati in evlutia impactului poluari asupra ecosistemelor inca de la inceputul cercetarilor in acest domeniu. In ultima perioada interesul fata de acesta a crescut in paralel cu incercarile de solutionare a problemelor de mediu. Fata de metodele fizico-chimice, bioindicatori au avantajul ca ofera date concrete privin gradul de afectare a organismelor vii. In procesul de selectie a bioindicatorilor trebuir sa tina seama de cativa parametri:

sa fie usor de masurat si sa descrie raspunsuri in corelatie cu starea ecosistemului

sa prezinte un raspuns specific compatibil sa previzioneze cum va reactiona specia la stres

masurarea raspunsului sa fie suficient de precisa

sa se bazeze pe cunoastera agentului poluant si a caracteristicilor sale

sa poata fi utilizati in interpretarea gradului de afectare al ecosistemului furnizand date definite despre starea acestora

Ex. de bioindicatiri si limitele lor in diagnosticarea ecosistemelor

Ideea speciilor bioindicatoare este vehiculate de sec. trecut atunci cand a fost observata capacitatea indicatoare a lichenilor, in ceea ce priveste compozitia, puritatea si umiditatea aerului.

In a doua jum. a sec. XX cercetarile au vizat gasirea unor indicatori si punerea la punct de metode care sa ofere informatii legate de poluanti. In masura aparitiei preocuparilor legate de alte tipuri de degradare a ecosistemelor s-a cautat identificarea unor bioindicatori care sa ofere informatii legate de stabilirea ecosistemelor de mentinerea biodiversitati, de gestionarea durabila a ecosistemelor sau informatii legate de raspunsul ecosistemelor la modificarea globala a climei.

In ceea ce priveste indicatorii poluari:

Specii sensibile care indica prezenta unui poluant prin aparitia unor leziuni sau malformatii.

Specii acumulatoare care acumuleaza poluantul si il concentreaza.

Exista si o cat. de specii care prolifereaza si devin abundente in zonele poluante. Indicatori pouanti pot fi organisme animale si vegetale cele din urma fiind mai numeroase.

Primele specii indicatoare ale calitati aerului au fost licheni. Metodele concrete de monitorizare a poluari aerului cu dioxid de surf, prin intermediul lichenilor au fost puse la punct si imbunatatite in ultimi 30 de ani.

Alte specii de plante au fost utilizate ca indicatori ai poluari cu ozon (O

Bioindicatori sunt clasificati in doua categorii:

Specii Santinela

Specii Detector

Speciile Santinela sunt specii introduse, in general plante ierboase care cresc rapid si uniforme din punct de vedere genetic, ele sunt utilizate in metode active de biomonitorizare.

Speciile Detector sunt specii care cresc natural intr-o anumita zona, respectic plante perene,arbori sau arbusti cu crestere lenta si care au o reactive lenta la cresterea concentratiei poluantului astfel incat, efectele apar mai tarziu in decursul perioadei de vegetatie.

Aceste specii sunt utilizate in modele pasive de biomonitorizare.

Ex. de specii Santinela :tutunul (Nicotiana Tabacum);urzicuta (Urtica Urens).

Ex. de specii Detector:maslinul American (Prunus Serotina); pin (Pinus Ponderosa).

Speciile Santinela reactioneaza de obicei rapid la cresterea concentratiei de ozon , fiind utilizate pt. a semnala din timp prezenta acestuia, reactia rapida este caracteristica doar plantelor foarte tinere.

Speciile Detector nu fac obiectul unor masuri speciale de ingrijire in mediul natural in care traiesc.

Alte specii care sunt utilizate ca bioindicatori pt. diferiti poluanti sunt: sunatoarea; acidul clorhidric ; pentru peroxil acetil nitrati - urzicuta;pt. metale grele – lucerna; pt. dioxidul de surf – orzul.

Modificarile in simtomatogia foliara constituie cei mai utilizati bioindicatori pt. stabilirea starii de sanatate a unui ecosistem si in special a celor forestier.

In cazul ozonului modificarile foliare erau considerate suficient de specifice pt. ca prezenta lor sa indice existenta poluri, ele ne fiind induse de un alt agent poluant sau de alti factori de stres.

Cercetarile de expunere controlata au aratat ca un amestec format din ozon si dioxid de surf produc afectari foliare (frunze) similar astfel incat este imposibil de distins cele produse de ozon. Se considera in acest fel ca exista un mimetism al simtomelor.

O alta limitare a simtomatologiei foliare (frunza) pt. identificare poluantilor este data de imposibilitatea expuneri tuturor speciilor de plante la toti poluanti cunoscuti pt. a inregistra modalitatile lor de raspuns la actiunea acestora. Datele obtinute in acest fel trebuie completate cu informatii existente in literatura de specialitate privind particularitatile de reactie ale diferitelor specii si au informatii privind compozitia atmosferica la un moment dat in regiunea investigata.

Concentratiile crescute de poluanti in tesutul vegetal au fost utilizate fregvent pt. a stabili actiunea si intensitatea poluari in anumite zone, acest tip de investigatii este costisitor, necesita o cantitate mare de material vegetale, realizarea de extrcte si technici de analiza. In urma analizelor poate fi identificat un singur element sau mei multe elemente sau compusi considerate responsabili pt. producerea unor dereglari metabolice sau structural la nivelul frunzelor. Cand sursa de poluare in zona este cunoscuta, este mult mai usor de aflat daca un anumit component este prezent intr-o concentratie mai mare decat cea normala intr-un tesut vegetal.

In general utilizarea bioindicatorilor ofera date despre starea de afectare a ecosistemului, desre intensitatea afectari si mai putin despre sursa dezechilibrului pt. a obtine un tablou complet se recomanda combinarea mai multor metode de biomonitore.

Markeri biologici (biomarkeri) ai stresului si

relatia cauza-efect

Efectele poluari asupra organismelor au constituit de mult timp un subiect de cercetare fregvent abordat de numerosi cercetatori. Cresterea concentratiei poluantilor este capabila se provoace efecte vizibile din punct de vedere metabolic si fiziologic, structural si ultrastructural.

Aplicatiile markerilor biologici ai poluari atmosferici in diverse ecosisteme sunt legate de doua abordari majore:

a)    Investigatii asupra modificarilor ce apar la speciile expuse poluantilor.

b)   Demonstrarea prin experiente controlate daca un anumit poluant produce un raspuns masurabil la nivel chimic sau structural.

Procesele biologice, sunt procese care se desfasoara in timp, fiind influientate de variatiile zilnice sau sezoniere, precum si de modul din ecosisteme care se produce in decursul unui an sau in perioade de timp mai lungi.Timpul este important in selectarea biomarkerilor implicati in evaluarea procesului cromic dar cu nivel scazut de poluare care se manifesta in luni sau ani.

Ex:modul ratei fotosintezei reprezinta un marker util pt a evolua expunerile pe termen scurt la poluanti gazosi cu concentratie mare dar nu este utila in cazul poluari cronice.In cazul ultim o semnificatie crescuta au modificarile care afecteaza rezervele de glucide sau pierderea integritatii membrilor.

Un marker bio ideal trebuie sa indeplineasca urmatoarele caracteristici:

sa fie usor masurabil

sa raspunda specific la un anumit poluant

sa indice simtome distinctive care sa nu se confunde cu cele cauzate de alti factori de stres

Document online: Hazardele naturale si calitatea mediului in perspectiva dezvoltarii durabile in Carpatii si Subcarpatii de la curbura Referat: Indici normalizati de diferentiere

Stabilirea relatiei cauza-efect

O problema majora in alegerea si utilizarea biomarkerilor este legata de defectele timpurii a influientei poluantilor si de stabilirea cat mai precisa a relatiei cauza-efect.Pt ca markeri biologici sa fie acceptati ca indicatori ai stresului indus de poluare trebuie determinata legatura care exista intre cauza (poluant) si raspuns (mod. masurata de markeri).

Interactiunile dintre poluanti admosferici si ecosistemele forestiere au fost clasificate in 3 clase:

I. Clasa in care concentratia poluantilor este scazuta iar vegetatia este putina sau deloc

II. Clasa in care concentratia poluantilor este moderata iar afectarea organismelor vegetale este sensibila

III. Clasa in care concentratiile crescute de poluanti determina efecte acute asociate adesea cu morbiditatea sau mortalitatea

Stresul cronic poate induce o serie de modificari atat la nivel individual (in unele cazuri solidanduse chear cu crestera rezistentei la poluare) ca si la nivelul succesiunii de asociatii vegetale.

Principii in definirea relatiei cauza-efect

In definirea relatiei cauza-efect se tine seama de cateva principii:

corelatia puternica intre efectul masurat si cauza presupusa a acestui efect

mecanismul de producere a efectului este flauzibil daca se are in vedere cauza (exista o explicatie biologica coerenta sau clara a acestora)

reproductivitatea efectului in conditiile experimentale adica efectul trebuie sa poata fi obtinut experimental in momentul in care agentul presupus cauzal determina acelas efect asupra organismului , iar efectul sa apara in gradient biologic.

temporalitatea respectiv o cauza intodeauna precede un efect sau cauza poate fi prezenta pe tot parcursul observarii efectului.

In conditii .. de mediu aceste criterii sunt greu de indeplinit deoarece intervin numerosi factori de interferenta. Un marker poate fi suficiet de specific incat sa indice o disfunctionalitate a sistemului dar nu suficient de particularizat incat sa sustina o relatie puternica intre cauza si efect , de aceea trebuie sa faca o distinctie clara intre markeri generali integrativ din punct de vedere biologic si markeri specifici pt anumiti agenti poluanti care pot distinge clar cauzele potentiale ce duc la aparitia unui efect.

Utilizare markerilor biologici in studiile experimentale

Exista mai multe tipuri de investigatii care se pot efectua in studii legate de influienta poluantilor asupra organismelor.De ex:

evaluarea gradului de afectare ale vegetatiei din anumite zone corelata cu masuratori efectuate asupra cantitatii de poluanti

efectuarea unor experimente in cadrul carora sa se determine corelatiile dintre doza utilizata si intensitatea raspunsului obtinut

efectuarea unor experimente care sa determine corelatiile, mecanismele biologice care leaga efectele observate de agenti poluanti.

Evaluarea gradului de afectare al vegetatiei

Aduce informatii legate de nr. indivizilor si al speciilor care prezinta manifestari vizibile ale suferintei produse de prezenta poluantilor admosferici cum ar fii de ex. scaderea ratei de crestere,mortalitate afectarea structurii si afunctionarii organelor. Supravegherea adegvata si atenta a starii comunitatilor vegetale poate furniza informatii importante legate de corelatia dintre posibili agenti cauzali si efectul observat la plante. Daca se observa o corelatie spatiala sau temporala intre concentratia poluantilor presupusi si intensitatea raspunsului observat in comunitatile vegetale,relatia cauza-efect poate fi sustinuta. Cauzalitatea este sustinuta si de prezenta unui poluant sau a altori factori de stres inainte de efectuarea observatiilor.Deoarece impactul antropic asupra mediului are multe cauze sunt rare situatiile cand prin observarea asupra ecosistemelor se poate stabili o corelatie stricta intre o disfunctie si o singura cauza ce o provoaca.

Studiile de expunere controlata

Aceste teste au rolul de a compara efectele observate la plantele sanatoase care sunt supuse actiunii unui agent poluant fie singur,fie impreuna cu alti factori de stres. Exista si experimente in cadrul carora plantele sunt expuse unui complex de factori cu efect stresant in cantitati si pe perioade determinate.

Pentru efectuarea acestor teste se utilizeaza camere de crestere sau sere in cazul planteleor,plantelor tinere sau ierboase de dimensiuni mici.In cazul arborilor se practica izolarea unor ramuri care sunt supuse actiunii unui agent poluant.Rezultatele sunt masurate si corelate cu intensitatea poluantului care a actioant si cu timpul de expunere.Rezultatele acestor teste se exprima prin curbe(grafice),doza,raspuns prin care se poate deduce concentratia minima aplicata pentru a produce o modificare sau un simptom.

Experimetele de expunere controlata pot fi utilizate si pentru a investiga corelatile dintre actiunea poluantilor a atmosferei si a altei forme de stres.Cu cat exista mai multe diferente intre rezultatele acestor experimante si obseravatiile efectuate asupra populatilor naturale expuse agentilor poluanti cu atat este mai dificila extrapoluarea rezultatelor din laborator asupra evenimentelor care se petrec in mediul natural.Cei mai multi markeri biologici care sunt indicati pentru a fi utilizati in evoluarea impactului asupra organismelor vegetale manifesta acelasi timp de raspuns atat in conditii naturale cat si in conditiile experimentelor controlate.O serie de markeri biologici suplimentari sunt utilizati in aceste stiudii ,sunt prezenta plantelor indicatoare (unele specii de licheni )sau a unor metaboliti secundari (rezultate in metabolism).

Strategiile de utilizare a biomarkeilor in evoluarea gradului de stres din ecosisteme.O strategie eficienta de utilizare a biomarkerilor pentru evaluarea gradului in care sunt afectate ecosistemele supuse la sters trebuie sa implice clasificarea acestora in grupe functionale si utilizarea lor intro formula sistematica de diagnostic.

Ecosistemele naturale necesita utilizarea unor markeri care folositi corespunzator sa permita evoluarea impactului pe care factorii de stres il au asupra structurii si functionalitatii lor.Dintre acesti factori poluantii atmosferici sunt cei ai caror actiune poate fi relativ usor intalnita de om printr-un managament adecvat.Simpla utilizare a markerilor biologici in ecosistemele afectate ne poate furniza informatii utile asupra strategiilor de mediu ce pot fi aplicate in acele zone,in vederea imbunatatirii situatiei in ecososteme serii de markeri biologici pot fi realizate cu scopul de a usura detectarea efectelor specifice ale actiunii poluantilor asupra plantelor.

Clasificarea markerilor biologici utilizati in zonele afectate de poluare

1.Markeri biologici de raspuns la schimbariile de mediu.Raspunsul plantelor la schimabrea factorilor de mediu e continuu,iar acesta implica utilizarea unor serii de markeri cum ar fi:schimarile in fluxul nutrientilor din ecosistem,ratele anormale ale fotosintezei sau a altor procese metabolice,cantitatea de clorofila,metabolitii secundari si micrmorfologia cuticulara.

2.Markeri biologici de compensare a stresului constituie o madalitate utila de evaluarea a importantei stresului indus de factorii de mediu asupra organismelor vegetale care consta in determinatrea gradului in care acetea dezvolta mecanisme compensatoare care sa limiteze efectele negative.Compensarea poate neuraliza primele stadii sau poate limita ulterior impactul stresului prin maximizarea productivitatii si prin cresterea ratei de suprevieturire.Deasemenea pot avea valoare de dignostic,mecanismele de compensare caracteristice unui mod particular de stres indusi da factorii de mediu.La plante compensarea poate avea loc la nivel biochimic,fiziologi,morfologic,structural sau chiar la nivelul ecosistemului.Arborii pot compensa efectul secetei prin inchiderea stomatelor si pastrarea apei in corpul lor precum si prin extinderea sistemului radicular ceea ce duce la cresterea cantitatii de sol explorate in cautatrea apei.Aceste forme de compensare difera clar de o simpla reactie a unor plante de stres.Cresterea,supravietuirea si chiar fenotipul plantelor care realizeaza compensarea sunt afectate negativ comparativ cu cele manifestate la plantele nesupuse la stres.Daca se realizeaza descrierea procesului de compensare ca uramrea a actiunii unor factori poluanti,iar markeri specifici pentru acestea sunt definiti,atunci este posibila identificarea in teren a acelor organisme capabile sa realizaze compensarea si diferentierea lor de indivizii aceleiasi specii care nu prezinta mecanism de protectie.

3.Markeri biologici ai toxicitatii.Efectul toxic al poluantilor fata de organismele vegetale apare atunci cand cantitatea de poluant preluata de planta depaseste capacitatea ei de compansare.In acest caz planta este incapabila sa-si pastreze starea de sanatate la parametrii optimi.

Exista o serie de markeri care indica astfel de forme cum ar fi:pierderea intergitatii membranare,continutul ridicat de poluanti din tesutul modificarii histologice la nivelul frunzei,afectarea tesutului conducator liberian,etc.

Markeri biologici ai toxicitatii

Poluantii atmosferici dar si alti factori de stres pot induce modificari grave la nivel celular care culmineaza cu moartea celulara .Ei pot deasemenea sa afecteze membranele celulare lipsindu-se de selectivitatea care implica agentii poluanti sa intre in protoplante(partea vie a celulei) si permitand astfel acumularea lor in cantitati mari in tesuturi.Modificarile pot fi localizate sau extinse in ultimul caz celulele moarte sau afectate ireversibil devenind vizibile macroscopic.Se cunosc astfel manifestari sub forma clorozelor sau a necrozelor ce apar pe frunze ca urmare a actiunii poluantilor gazosi de tipul ozonului,oxizilor de sulf sau de azot.Aceste simptome pot fi specifice pentru un anume poluant,dar se pot manifesta ca urmare a actiunii altor factori de stres diferiti de poluanti.

Pierderea frunzelor,afectarea suprafetelor foliare ca urmare a efectului toxic al poluantilor pot fi rezultatul si al altor fenomene diferite de moartea celulara.Este cunoscut faptul ca poluanti gazosi grabesc fenomenele de senescenta celulara.Atat la specii de plante lemnoase,foioase cat si la cele cu frunze sempervirescente (mereu verzi)/sempervirescente,absortia polunatilor gazosi la nivel foliar poate duce la modificarea cailor metabolismului secundar avand ca efect producerea si acumularea in celule a rasinilor si polifenolilor care duc nu numai la moartea celulelor in care sunt localizate ce afecteaza si celulele invecinate.Ele prezinta frecvent zone cu pereti ingrosati si depuneri brune in interiorul protoplastului uneori chiar si in pereti celulari.

Decolorarea imbului foliar si aparitia petelor necaotice poate fi o consecinta a poluarii atmosferice dar poate fi cauzat si de alti factori(carenta a anumitor microelemente).De aceea este utila folosirea unor serii de markeri biologici in diagnosticul starii de sanatate a unui ecosistem pentru a stabili daca afectarea este produsa de poluare sau de alti factori de stres.Asocierea se poate face cu determinarea cantitatii de matale grele sau a compusilor sulfului din tesuturile vegetale care sunt vizibil modificate in cazul expuneri plantelor la diferiti polunati.

Aceste trei tipuri de biomarkeri si anume ai raspunsului la factorii de stres din mediu,ai compensarii si ai toxicitatii trebuie utilizati in maniera sistematica pentru a elucida modificari induse de poluanti la nivelul indivizilor sau a gruparilor de indivizi.Pentru orice investgatie de aceasta natura este necesara evaluarea preliminara a calitati aerului din zona si stabilirea unui complex de markeri ce trebuie urmariti pentru a realiza o monitorizare adecvata.Daca markeri de raspuns la modificari de mediu sugereaza existenta poluarii atmosferice intro zona data pot fi efectuate in continuare teste pentru evaluarea markerilor compensarii si ai toxicitatii in ecosistem.

Deoarece compensarea si toxicitatea acuta se produc in timp detectarea prezentei lor cu ajutorul biomarkerilor necesita o actiune indelungata a factorilor poluanti in zona.Ca rezultat al actiunii acestora este posibila o scadere a capacitati de compensare si la alti factori de stres si in consecinta scaderea ratei de crestere a productivitatii si a capacitatii de reproducere.Deasemenea detectarea markerilor compensari justifica continuarea investigatiilor cu markerii toxicitati si ai absortiei poluantilor ai afectari vizibile la nivelul aparatului coliar pot fi interpretate cu o mai mare acuratete/precizie.Utilizati individual,markeri biologici cunoscuti pana in prezent sunt insuficienti pentru a creea un tablou complaex al declinului care apare in unele ecosisteme ca urmare a impactului antropic,tot mai puternic in ultimul timp.Insa daca se utilizeaza complexe selectate de biomarkeri in functie de particularitatile fiecarui caz investigat este posibila realizarea unor diagnoze(a unor descrieri)destul de apropiate de realitate.Deocamdata nu exista un singur marker biologic prin a carui analiza sa putem declara cu certitudine efectele poluari atmosferice asupra unui organism vegetal.

Alti factori de stres pot induce la un moment dat manifestari similare la nivel individual,acestia pot fi reprezentati de carente de azot,agenti patogeni sau atacul unor specii de insecte.Pe de alta parte,un singur agent poluant poate induce o varietate de reactii la nivel structural,ultrastructural,fiziologic si biochimic.De ex.ozonul determina cloroze,necroza,arsuri si reducerea ratei de crestere.

Suprafata foliara – biomonitor in poluarea admosfrica cu pulbere

La cele ami multe plante stomatele sunt localizate la nivelul epidermei inferioare a frunzei . Ansamblul stomatelor unei frunze functioneaza asemanator unui filtru gazele din admosfera fiind trecute prin acestea , iar particulele se depun pe suprafata filtrului . Datorita acestei configuratii particulele care se depun pe epiderma superioara afrunzelor sunt mai mari decat cele depuse la nivelul epidermei infertioare la frunzele hipostomatice ( au stomate pe fata inferioara ) .

Deoarece fluxul de aer la nivelul ostiolei stomatelor este destul de redus doar particulele de dimensiuni foarte mici vor fi retinute la acest nivel . Particulele de pe epiderma superioara sunt de obicei particule mari de praf , fapt dovedit in studiile de microscopie electronica cu baleiaj.Deoarece aceste particule de pe frunze provin din aer analiza lor ofera informatii despre intensitatea poluari admosferice cu pulberi in zona investiagta . In zonele urba se observa concentratii mai mari de microparticule datorita activitatilor umane si industrial intense si numar mare de autovehicule , comparativ zonele rurale au in admosfera cantitati mai reduse de pulberi .Frunzele diferitelor specii prezinta particularitati distincte ale suprafetei foliare , unele Frunze care au rugozitati la nivelul cuticulei care acopera epiderma au o capacitate mult mai mare de a stoca particule solide fata de frunzele care au cuticula fina sau chear lucioasa . Investigatii realizate in zona cu grad diferit de poluare , in anul 1999 de catre Jahnson si colaboratorii au aratat o variatie foarte mare a concentratiei de particule de pe Frunze cuprinse intre 55,3-4.166,7 particule pe mm2 . De asemenea distributia particulelor pe cele doua epiderme prezinta variatii mari .Variatii importante au fost observate si in ceea ce priveste dimensiunea particulelor depuse pe cuticula ( intre 0,41 – 1,68 micrometrii) dimensiuni mai mici fiin observate la pariculele de pe epiderma inferioara .Particulele de dimensiuni mici pot fi transportate pe distante mari de catre curenti de aer astfel incat se pot depune la distanta marefata de sursa care le-a produs . Frunzele prezinta diferente morfologice si functionale legate de adezivitatea cuticulara ,de prezenta , morfologia si densitatea perilor tectori sau secretori de pe epderma . Frunzele cu aderenta cuticulara mare colecteaza particulele de dimensiuni mai mari . De asemenea frunzele mature pot prezenta o concentratie mai mare de particule fata de cele tinere . Frunzele care au fost recoltate dupa o ploaie puternica sau dupa vant au o concentrare mai mica de particule pe suprafata . De ex. Concentratia particulelor de pe frunzele colectate de la acelas arbore inainte si dupa ploaie variaza intre 2.100 pe mm2 si 154 particule pe mm2 .Dimensiunile particulelor de pe Frunze descresc dupa o ploaie fata de frunza martor . Compozitia chimica elementara se modifica de asemenea dupa spalarea frunzei in sensul scaderii microparticulelor de calciu si al cresterilor particulelor de siliciu . O metoda de verificare a acurateti informatiilor obtinute experimental (prin monitorizarea suprafetei foliare ) o reprezinta testarea in paralel a aceleas zone utilizand filtru pt aerosol . Spre deosebire de frunzele cu fitru utilizarea frunzelr pt a estima gradul de poluare cu pulberi dintr-o anumita zona este mult mai accesibila si se poate realiza cu costuri mai scazute . O categorie aparte de cuticule care influienteaza organizmele dar sunt mai dificil de detectat prin metode standar sunt particule ultrafine cu dimensiuni sub 100 n.m. Detectarea particulelor ultrafine necesita microscoape de baraj cu putere de rezolutie mai mare decat a color obisnuite . Pt obs particulelor ultrafine prin colectarea clasica prin filter si observatiile privind depunerea particulelor pe frunze aceste cai nu sunt suficiente . O modalitate de colectare a particulelor ultrafine este utilizare filtrelor de tip Nucleopore cu grile de microscopie electronica atasate. Aceste grile sunt acoperite in prealabil cu o solutie speciala si ulterior pot fi analizate in direct la microscopul electronic . Particulele ultrafine nu se regasesc pe suprafafetele foliare . Ele patrund in mezofil prin ostiolele stomatelor sau fac corp comun cu ceara epicuticulara avand o influienta mult mai driscreta asupra metabolismului foliar fata de particulele de dimensiuni mai mari . Particulele ultrafine din aerosolii din vecinatatea , oras N.Y. sunt asemanatoare cu cele descoperite in plamani persoanelor afectate de smoguli londonez.

Identificarea microparticulelor implicate in procesele de poluare

Interpretarea cantitativa si calitativa a rezultatelor analizarii microparticule descoperite in probele biologice necesita o identificare mai precisa a acestora de aceea au fost create banci de date cu caracteristici ale acestor particule astfel incat identificarea lor in diverse probe se reduce la asemanarea caracteristicilor particulelor cu cele existente in baza de date . In cazul particulelor comune care au 1 sau mai multe elemente in compozitie este de multe ori suficienta corespondenta de forma si structura chimica .Bazele de date referitoare la microparticule permit identificarea unor structure putin cunoscute, complexe pe care le detectam in probele biologice . Pt a acoperi o parte cat mai mare din spectrul maro particulele identificate in diverse categorii de probe informatiile din bazele de date trebuie imbunatatite si actualizate permanent . Descrierile microparticulelor cuprind atat imagini electromicroscopice (SEM)cat si spectrele in raze X pt compzitia chimica elementara a microparticulelor . De ex:particulele de plumb pot fi identificate relative usor pe baza formei si a compozitiei chimice . Spre deosebire de acestea oxizi de Fe care acopera particulele de cenusa au forme morfologice diferite in functie de sursa din care provin . Analiza microparticulelor individuale din probele biologice se poate face in doua feluri diferite :

Daca toate particulele prezente sunt identificabile analiza urmareste sa determine proportia in care fiacre tip de particula e present in proba .

Daca o parte dintre particule nu sunt identificate atunci analiza se concentreaza pe identificarea acestora .

Cuticula si interactiunea ei cu poluanti admosferici

Cuticula ce acopera pereti externi ai epidermei organelor aeriene ale plantelor reprezinata principal bariera intre intreriorul organismului vegetal si mediul extern . Exista un contact permanent intre suprafata cuticulara si poluanti atmosferici . Daca cuticula este afecatata de interactiunea cu acestia atunci modificarile in structura sa pot fi considerate marker ai poluari admosferice si pot servi la diagnosticarea acesteia .

Partea interna a cuticulei este caracterizata prin interactiunea lipidelor din component lor cu zona externa a peretelui celular care contine celuloza si pectin . Urmatorul strat al cuticulei se poate indeparta de peretele celular pe cale enzimatica. Stratul extern al cuticulei este format predominant din cutina si ceara epicuticulara . Cutina responsabila de integritatea mecanica a cuticulei este formata in special din acizi grasi esteificati . Pe langa acestia in matrixul cuticulei mai exista acizi grasi liberi care sunt responsabili de transportul transcuticular . Ceara epicuticulara destul de heterogena este inpregnata , partea externa a cuticulei formand un strat continuu deasupra acesteia . Ea reprezinta bariera primara intre factori externi si mediul intern al plantei . Peste ceara epicuticulare pot exista abpuneri discontinue de ceara cristalina care joaca un rol important in interactiunea frunzelor cu ploile acide si intervine in retinerea poluantilor solizi prin marirea suprafetei active a cuticulei . Investigatiile asupra micromorfologiei cuticulare au fost realizate la plante utilizand microscopia electronica de baleiaj (SEM) . Structura cerii epicuticulare se schimba odata cu varsta plantei . Initial aceasta are o structura fin cristalina , insa in timp poate fi alterata in urma contactului cu ploile acide sau cu precipitatii in general prin abraziune mecanica datorata contactului cu microparticule aduse de vant , de contactul cu alte frunze . In consecinta cristalele de ceara epicuticulara se degradeaza lent in timp , iar acest fapt duce la modificarea aspectului frunzelor si a afinitati acestora pt apa . Simtomele tipice observate odata cu inaintarea in varsta sunt similar sau asemanatoare cu cele care apar in zonele poluate , respective fuzionarea cristalelor de ceara cu formarea unui strat compact deasupra celui normal (acesta poate acoperi si inchide complet ostiola stomatelor atunci cand stomatele sunt situate la nivelul epidermei sau camera suprastomatica atunci cand stomatele sunt sitate sub nivelul epidermei )nu se cunoaste inca modul in care se realizeaza fuzionarea cristalelor de ceara si nici modul in care diversi poluanti au capacitatea de al accelera.Cercetarile de microscopie electronica efectuate pe suprafetele frunzelor provenite au la diverse specii de gimnosperme care manifestau defolieri precum si la indivizi cu cloroze si/sau necroze foliare au evidentiat importanta depunerilor de poluanti in manifestarea acestor fenomene . Depunerile masive de praf , ciment pe suprafata frunzelor de la gimnosperme di zona Poricaz optureaza ostiolul stomatelor , modifica relieful cuticular characteristic prin dezorganizarea modelului striatiilor cuticulare modifica proportia dintre ceara cristalizata si cea amorfa in favoarea ultimei ceea ce contribuie la opturarea ostiolelor la dezvoltarea unei microflore care odata instalata acopera portiuni active fotosintetic si poate elibera o serie de substante toxice care afecteaza starea generala a frunzei (microflora constituita di fungi , alge si alte microorganism ) . Desi unii autori considera ca normal aparitia microflorei pe suprafata frunzei si pasari conform careia instalarea acesteia constituie un semnal de alarma care atentioneaza asupra suprafetelor fiziologice ale frunzei . Indiferent de natura chimica a noxei instalarea acestei microflore constituie un indicator ai senescentei timpurii a frunzelor si o posibila cauza a defolierilor care au loc in plin sezon de vegetatie . Asemanator suprafetei foliare si microflora instalata este supusa inpactului cu noxele industriale care ii pot inhiba si stimula extinderile . Observarea prezentei unei astfel de microflore numai pe suprafetele foliare de la indivizi cu simtome variate de suferinta cauzate in mod cert de poluantii atmosferici ne permite alaturarea constatarilor conform carora microflora este considerate normal pe frunzele indivizilor asupra carora poluanti actioneaza systematic . Efectul dioxidului de surf asupra morfologiei cerii epicuticulara a frunzei studiat la doua specii de pinus in anul 1985 in cadrul unui experiment controlat , astfel au fost constatate diferente semnificative intre plantele martor si cele expuse la fumigarea cu dioxid de surf . Astfel in cazul plantelor martor ceara epicuticulara are aspect granulat , fin , iar camerele suprastomatice sunt deschise . La plantele expuse actiuni doixidului de surf ceara epicuticulara este amorfa , partial fuzionata si de multe ori camerele suprastomatice sunt opturate . Cantitatea de ceara epicuticulara depusa in camera suprastomatica este in stransa legatura cu gradul de expunere la dioxid de surf .Aceasta modificare afecteaza profund metabolismul plantei carei ii reduce simtitor schimburile de gaze necesare atat pt respiratie cat si pt fotisinteza . Longevitatea frunzelor arborilor difera intre plantele din zone curate si cele din zone poluate , astfel in zonele curate frunzele ating varsta de 3 ani in proportie de 50%in timp ce in cele poluate procentul este numau de 10% pt Pinus sylvestris . Investigatiile electro-microscopice au evidentiat modificarile pe toata suprafata foliara si in special la nivelul brnzilor in care sunt situate stomatele . La frunzele arborilor din zone nepoluate chear si la frunzele de 3 ani , ceara are aspect cristalin , microtubule de ceara sunt fini , scurti uneori anastomozatei insa cu distanta vizibila unul fata de celalalt . Un aspect similar a fost observant si la frunzele foarte tinere din zonele poluate ceea ce sugereaza efectul nociv al poluantilor admsferici si contributia lor evidenta la modificarea morfologiei foliare . Odata cu inaintarea in varsta a frunzelor arborilor din zona curate se observa o tendinta de apropiere a microtubulilor de ceara epicuticulara fara ca acestia sa fuzioneze in acelas timp fata de frunzele de 1 an , la cele de 3 ani se observa si acumularea pe suprafata foliara a unor particule . La frunzele arborilor din zonele poluate modificarile incep sa apara dupa primul an de viata . Acestea constau in scurtarea si alungirea progresiva a tubulilor din ceara epicuticulara pana la modificarea aspectului general cerii de la cristalin la amorf.

Modificarile induse de stres in metabolismul fenil-propanoizilor

Compusii fenil-propanici reprezinta o clasa de substante chimice care au numeroase functii biologice , daca lam in considerare numai fenil-propanii a caror prezena in celule este cauzata de stres , multi dintre ecestia intra in alcatuirea anumitor tipuri de celule sau pot ajunge sa fie prezent in organismele altor specii vegetale sau in alte tesuturi de cat cele in care se regasesc in mod normal . Toti fenil-propanii sunt derivati din acidul cinamic din care i-a nastere fenil-analina in urma actiunii enzimei fenil-analina-aminialoza , aceasta constituie punctual de legatura intre intre metabolismul primar sic el secundar . Relatiile biosintetice intre diferite clase de compusii fenil-propanici se regasesc in caile metabolice . Uni propanoizi simpli care au schelet de corbon (C6 , C3 ) i-au nastere din cinamat in urma unor procese successive de hidroxilare , metilare si de hidrogenare . Acestia sunt acidul p-cumaric;acidul cafeic ;sinapic;ferulic si unele cumarine simple . Acizi liberi sunt rareori acumulati in cantitati mari in interiorul celulelor vegetale de regula ei sunt confundati cu zaharuri (ex:salicilatul de glucoza ) cu carbohidrati din structura peretelui celular (ex:esteri ferulici) sau cu acizi organic (ex:acidul clorogenic).

Acizi salicylic, basic, p-hidroxi benzoic nu sunt fenil-propanoizi proprujisi deoarece le lipssclantul de trei atomi de carbon care provine de la cinamat sau cumarat.Lignina si suberina sunt polimeri complecsi formati dintr-un amestec de fenil-propanoizi simpli iar compozitia lor variza cu specia .

Un nr mare de fenil-propanoizi a caror sinteza in celula este indusa de stres deriva din scheletul cu 15 atomi de carbonat al floranoizilor prin calcon sinteza (enzima) – CHS – la cele mai multe familaii de plante prdusul official al CHS este o tetrahidroxicalcona care ulterior este transformata in alta clasa de flavonoide cum ar fii:flavones,flavonoizi sau antociani. Diversitatea structural afenil-propanoizilor este data de numeroase modificari ce se produc in cursul sintezei cum ar fii:Hidroxilarii,metilarii,etc

Metodele clasice de biochimie combinate cu cele de analiza chimica structural au dus la completarea cunostintelor legate de caile de biosinteza ale fenil-propanoizilor. Biologia molecular sic ea genetic aduc noi date legate de ezimele implicate in aceste cai metabolice , despre stresurile celulare si subelulare de sinteza a acestora , despre rolul si semnificatia acestor compusi in viata plantelor .

Functiile fenil-propanoizilor induse de stres

O parte importanta a fenil-propanoizilor a caror sinteza este indusa de stres sunt grupati in clasa fito-alexinelor , aceste sunt substante cu rol antimicrobian sintetizate ca urmare a raspunsului la atacul unui pathogen . In aceasta grupa de substante sunt incluse de ex:pterocarpani, izoplavonoidele,flavonoli si humarina . concentratia acestor substante creste considerabil in zonele atacate de agenti patogeni pana la un nivel care devine toxic pentru acestia de ex:concentrate acidului salicilic creste foarte mult in organelle de la Nicotiana atata (tutunul) si Arabidopsis thaliana ca urmare a unei infectii sau expunerii la lumina UV .Este luat tot mai mult in considerare rolul acidului salicilic in procescu de semnalizare care are ca rezultat aparitia rezistentei sistematice.

Multi fenil-proanoizi sunt sistematizati in plante ca o reactive de aparare impotriva animaleleor ierbivore.Cresterea nivelului de cumarie este toxic pentru ierbivore,carora le provoaca hemaoragii,scaderea capacitatii de coagulera al sangelui si chiar moartea.Inducerea prin ranire a sintezei de acid clorhidric de exteri-fenoici,de exteri-alchil ferulati este asociata cu rolul acestor precursori in biosinteza licninei si a suberinei care sunt compusi,complecsi cu rol de bariera.

Biosinteza si acumularea flavonoidelor induse de polenizare in in stigmatul de la petunia sunt necesare unei dezvoltari normale a polenuliu,in acelasi timp aceste flavonoide au rol de a impiedica dezvoltarea microorganismelor intr-un mediu care este bogat in substante nutritive.

Niveleul de antoceni si de flvone creste ca raspuns al expuneri organismelor vegetale la lumina foarte intense iar prezenta lor atenueaza efectul nociv al luminii asupra celulelor foto sintetizatoare.Acesti compusi absorb radiatiile UV in special pe UV-B conferind protectie celulelor prin protejarea ADN-ului ,alte forme de stres care induc biosinteza fenil-propanoizilor,au fost mai putin studiate pana in prezent,nivelul antocianilor creste consecutiv cu expunerea la frig si la sters nutritional in special la scaderea cantitatii de fosfati.Alte cantitati de sters nutritionale duc la cresterea concentratiei de fenil-propanoizi in exudatele radiculare.Nivelul scazut al fierului duce la elibearea de acizi fenolici in exudatul radicular.

Localizarea celulara a biosintezei fenil-propanoizilor

Initial analizele fitochimice care au evidentiat legatura dintre biosintea fenil-propanoizilor si stresul la care este supusa planta nu au urmarit si localizarea celulelor in care aceasta sinteza are loc efectiv.Ulterior s-a demonstrat ca fitoalexinele se localizeaza cu precadere in apropierea zonei atacate sau a locului de infectie.Similar antociani produsi ca urmare a actiunii UV se cantoneaza de regula in celulele epidermei superioare.Nu este in totalitate cunoscut daca aceste substante sunt sintetizate in celulele in care se regasesc ulterior,sau daca sunt transporate in acestea sau daca sunt produse de celulele adiacente.

Tehnicile de hibridizare in situ si de imunolocalizare au demonstrat ca flavonoidele sunt produse si acumulate in aceleasi celule epidermice in urma actiuni radiatilor UV.In acelasi mod a fost demonstrata sinteza si acumularea fitoalexinelor in celule distincte in apropierea locului de infectie cu un patogen in cazul frunzelor de soia.Aceste studii au aratat ca fenil-propanoizi insdusi de stres se biosintetizeaza si acumuleaza in aceleasi celule.Localizarea intracelulara a siturilor implicate in biosinteza fenil-propanoizilor nu este inca pe deplin elucidata.Multi compusi se aculueaza in vacuole de obicei sub forma de glicozide sau alte substante conjugate.Reactia finala de conjugare este legata de transportul acestor substante in ineriorul vacuolelor ,de exemplu:gluconil-transferoza implicata in sinteza conjugata a terocarpanului,este asociata cu tanoplasutl care delimiteaza vacuola .

Enzimele care produc esteri din sinapoid glucoza sunt localizate exclusiv in vacuola studiile legate de mecanismul de transport al ontocianilor si flavonoidelor in vacuole au aratat ca este vorba de un transfer activ care impiedica activitatea unor proteine de transfer.Vacuolele nu reprezinta un rezervor pasiv de stocare a compusilor ci s-a demonstrat prin studii in vitro ca vacuolele izolate din celulele de soia si de bumbac nu sunt capbile sa preia antocieni produsi de alte celule.Exista astfel o specificare crescuta fata de tipul de substante care traverseaza tonoplastul (membrana vacuolara).

La unele speci atocieni sunt produsi in vezicule care provin din vacuole si care furnizeaza ulterior intro formatiune mai mare delimitata intro formatiune numita antocianoplast,aceasta poate furniza ulterior cu vacuola centrala pe care o coloreaza mai ales in celulele senescente.La sorg fitoalexinele se acumuleaza in vezicule colorate localizare in vecinatetea zonei de infectie cu fungi(ciuperci),aceste vacuole furnizeaza treptat si se deplaseaza spre locul in care se gaseste ciuperca pentru ca in final continutul vezicular sa fie eliminat langa agentul patogen.

Mecanisme de toleranta a plantelor la

poluarea cu metale grele

Capacitatea de eliminare a metaleleor nu este o caracteristica generala a organismelor tolerante la metale.Exista o multime de organisme care in loc sa elimine metalele concentreaza in radacini si in frunze.Retinerea in compartimentele subcelulare a metaleleor acolo unde nu exista activitati metabolice specifice in acest sens ar parea paradoxal si ar nega orice interactiune a metalelor cu componentele importatnte pentru metabolism din interiorul celulei.Vacuola este locul de acumulare a metalelor grele,iar acest compartiment al celulei contine concentrati de liganti organici care pot chelatiza metalele in forme solubile sau insolubile.Exemplarele tolerante la zinc de aceasta planta Dechampsia caespitosa prezinta o acumulare a metalului in vacuole comparativ cu exemplarele non tolerante la zinc al speciei.Aceasta acumulare in vacuole se realizeaza in special dupe expunerea mai indelungata.S-a remarcat existenta unor concentratii de metale in partile aeriene ale ecotipurilor tolerante la zinc de la specile Silene si Rumex comparativ cu tipurile non tolerante si s-a imaginat(conceptul)un model conform careia malatul inlatura excesul de zinc din citoplasma in vacuola,acolo unde se leaga de liganze cum sunt citrati,oxalati,antocieni,etc.Exista si modele care presupun faptul ca metalele sunt legate de polipeptide.Astfel in cazul plantei Nicotiana rustica metalul cadniu stimul al productiei de proteine care vor lega metalul si il vor transporta spre vacuola unde complexul rezultat disociaza,iar metalul formeaza produsi finali impreuna cu acizi organici de acest compartiment.Organismele nu numai ca rapsund la conditile din mediul inconjurator dar si modofica mediul din imediata apropiere ca raspuns la un semnal extracelular.Producerea de biomolecule extracelulare poate altera proprietatile chimice ale metalelor din mediu.Mecanismele de exudare a liganzilor organici solubili nu au fost pe deplin elucidate cu toate ca exista dovezi certe ca aceasta eliminare a metalelor este in stransa legatura cu potentialul electric al celulei si este stimulata de depolarizarea acesteia.Chelarizarea metalului reduce adesea absortia sa de catre celule si reduce toxicitatea ulterioara ceea ce reflecta o pierdere a reactivitatii metalului fata de anumiti constituienti celulari.Diferantele calitative si cantitative in producerea de exudanti pot conferi anumitor genotipuri tolerante specifice.Ioni metalici traverseaza membrana celulara si prin uramre trebuiesc detoxificati pentru ca functionarea normala a celulei sa fie asigurata.Multi liganzi biologici au capacitatea de a lega metalele dar reactiile care pot avea loc sau stabilitatea acestor compusi complexi,felul in care acestia ar putea evoula in conditile biologice data nu se cunos.Uni dintre liganzi pot fi considerati ca relutatul deteriorarii metabolismuli iar alti dimpotriva ca raspuns de aparare al ceulei la expunerea la metale.Caracteristicile de baza ale metalelori si anume acelea care le confera un grad mare de toxicitate pot permite sitemelor biologice sa cheratizeze si sa detoxifice ioni metlaici din citoplasma.Afinitatile metalelor fata de anumite specii de liganzi sua de anumite componente ale acestora cum ar fi crboxilatii sau fosfatii,vor determina orientarea ionilor metalici inspre acestia pentru formarea unor compusi slabi.Odata ajunsi in interiorul celulei metalele se pot afla in orice forma complexa dar nu in stare de ioni.Folosindu-se in cantitati bine determinate de liganzi biologici s-a observat ca ioni de aluminiu 3+ si fier 2+ sau orientat spre formarea de hidroxizi Cu2+ spre un complex glutamic.Mangan5+ spre un complex asparaginar.Zincul 2+ formeaza complex cu alanina.Exista putine cazuri cand nivelurile de liganzi organici nu sunt corelate cu capacitatea genetica a platelor de a tolera metalele.

Markeri,biologici,morfologici,structurali si utilizati pentru

evaluarea impactului antropic asupra ecosistemelor

Utilizarea biomarkerilor in cuntificarea impactului antrofic asupra ecosisitemelor a fost relativ recent introdusa in cercetarea stiintifica pe plan mondial.Initial in conceptul de biomarkeri erau inclusi numai metaboliti,enzime sau alte substante care puteau fi utilizate pentru stabilirea gradului de interactiune dintre unele sunbtante chimice si sistemele biologice.In ultimii ani categoria de indicatori s-a extins ingloband pe langa markeri bio-chimice si o serie de markeri structurali si in special ultra strucutrali cuantificabili care pot intregi tabloul interactiunii complexe dintre diferitele substante chimice si organismul viu.

Pe langa implivatiie in medicina si farmacologie biomarkeri au inceput sa fie tot mai mult utilizati in evaluarea impactului pe care poluarea il are asupra ecosistemelor.Ei pot confirma expunerea si gradul de afectare al unui organism individual sau al unei populatii la diferite substante chimice.Valorile cantitative ale indicatorilor considerati biomarkeri facilitaeaza stabilirea unor relatii intre dozele aplicate si amplitudinea raspunsului organismului afectat in special la nivel celular si sunbelular.Procescul de selecara si apoi de validara a bimarkerilor necesita o grija deosebita fata de sensibilitatea si specificitatea lui in cuantificarea gradului de interactiune intre oraganismul viu si substantele straine la care acesta a fost expus.Daca biomarkeri reprezinta o corelare semnificativa in timp si spatiu cu modificari evidente care apar in ecosisteme sub influienta poluantilor atunci eu vor putea fi folositi pentru detectarea fazelor incipiente de afectare inainte ca modificarile vizibile sa fie evidente.Odata identificati biomarkeri pot si utilizati in populatie prentu scriening sau pentru monitoring.

Directile principale de cercetare pe plan mondialvizeaza evidentierea raspunsului adaptiv al indivizilor la modificarile ce au loc in mediu sub influienta agentilor poulanti.Acest raspuns se manifesta la anumite nivele:

la nivelul morfologic,structural si ultrastructural (fluctuatii ale simetriei,modificari la nivelul cloroplastelor ,mitocondrilor,nucleolilor)

la nivel biosintetic ce poate fi evidentiat prin studii biochimice (determinari enzimatice cum ar fi catalaze,peroxidaze,etc)

Exista in prezent intentia de a standardiza ca biomarkeri modificarile structurale care apar la nivelul organismelor atat la animale cat si la plante .Se constata ca asimetria fluctuanta poate reprezenta un raspuns direct la deteriorarea calitatii mediului ambiant.Ea se manifesta nu numai prin devieri macroscopice de la legile simetriei ci si prin modificari in modelul distributiei stomatelor si perilor

Markeri morfologici

Stabilitatea structurala sau honostazia se refera la capacitatea unui individ de a manifesta un fenotip constant in anumite conditii de mediu.Stabilitatea structurala redusa poate fi consecinta actiunii unei game variate de factori de mediu si /sau genetici.

Asimetria fluctuanta(AF) si asimetira directionala(AD) si andisimetria(AS) sunt cunoscute ca cele mai frecvente tipuri de asimetrii morfologice legate de interactiunea cu factorii de mediu.Fiecare din acestea se caracterizeaza prin combinatii diferite de medii si variante si variante ale parametrului R-L (dreapta-stanga).AD se caracterizeaza printro distributie normala R-L unde media difera semnificativ de 0.AF se manifesta cand diferentele de dezvoltare dintre cele doua jumatati presupus simetrice al unui organism vegetal sunt distribuite intapmplator (cele doua jumatati ale unei frunze de exemplu nu sunt simetrice).Aceasta din urma(AF)forma de asimetri este presupusa ca indicator al stresului indus de factorii de mediu.In paralel AF a fost utilizata pentru a estima instabilitatea structurala a unui organ sau organism cu simetrie bilaterala,care in urma perturbarilor in dezvoltare sa este incapabila sa produca un fenotip determinat.

Variatiile fenotipice ale indivizilor unor specii pot fi impartite in 3 categorii:

variatii de natura genetica

variatii produse de mediu

variatii produse de interactiune genotip,mediu

Factorii de mediu la randul lor pot fi clasificati in :

microvariatii

macrovariatii

procese randomice (la intamplare)

La plante asimetria fluctuanta a fost utilizata pentru a evalua instabilitatea structurala a florilor si a frunzelor.Utilizarea AF ca indicator al calitatii unui habitat,este utila mai ales in cazul speciilor care manifesta o raspandire larga si tolereaza conditii de mediu variate(specie cosmopolita-este intalnita in foarte multe habitate,suporta diferite medii).Calitatea unui habitat se refera la capacitatea acestuia de a furniza conditii cat mai favorabile pentru existenta indivizilor unei specii.Printre cauzele cunoscute care determina AT se numara:temperatura,nutrienti,intensitatea lunimii,factori genetici,poluanti.Investigatiile asupra AF sunt usor de realizat,necostisitoare si de aceea sunt frecvent folosite pentru monitorizarea nivelului de stres in diverse ecosisteme.

Principala problema in utilizarea asimetriei F este dificultatea de a identifica,modificarile produse de factori genetici de cele induse de poluanti.Stresul indus de mediu trebuie sa aiba o intensitate suficient de mare prentu a produce modificari a AF.

Teoretic asimetria fluctuanta ar trebui sa fie cu atat mai intensa cu cat factorii de stres se manifesta mai pregnant .De cele mai multe ori insa,conditile adverse de mediu pot sa afecteze procesul de evolutie a speciei selectand genotipurile cele mai rezistente care se adapteaza cel mai usor noilor conditii.De aceea in medile mai stresante se regasesc adesea indivizi mult mai simetrici care sunt mai bine adaptati,crestera AF are loc numai in cazul existentei unui factor de stres extrem intrun ecosisitem.Stabilitatea strcturala masurata prin intermediul asimetrei fluctuante este de aspteptat sa fie mai redusa in cazul expunerii la sters,insa datele din litereatura evidentiaza o scadere a AF in acest caz.Rezultatele care reflecta o corelatie pozitiva intre AF si stresul indus de factorii de mediu au fost obtinute de cercetatori care au investigat asimetria la nivelul frunzelor sau florior.In cazul florilor s-a constatat ca insectele prefera florile simetrice pe care raman un timp mai indelungat.Acest fapt le asigura florilor un acces mai mare la transmiterea genelor spre generatile urmatoare,cele mai multe specii nu au evidentiat o crestere a acestui parametru corelata cu supunerea indivizilor la un stres moderat.