La vita sulla terra

Gli organismi viventi sono fra loro più simili di quanto comunemente si creda: meccanismi di produzione e sfruttamento dell'energia, sistemi di locomozione, molecole strutturali, molecole adibite alla replicazione (DNA, RNA) hanno percorso nell'evoluzione strade analoghe. Ciò in parte è accaduto perché gli elementi impiegati per la costituzione della "materia vivente" sono sempre gli stessi. Infatti sono poco più di una ventina gli elementi chimici essenziali per l'organismo (rispetto al centinaio di quelli noti): infatti l'essere vivente, nell'ambito di un sottogruppo di elementi del sistema periodico, predilige gli elementi a basso peso atomico, biofili, rispetto a quelli a peso atomico elevato, solitamente tossici e quindi non utilizzati. Addirittura 6 soli elementi costituiscono il 95% del peso degli organismi: carbonio, idrogeno ed ossigeno (costituenti gli zuccheri) ai quali nelle proteine si associano l'azoto e lo zolfo e negli acidi nucleici, vettori dell'informazione genetica, il fosforo. La vita pertanto trae origine in tutti gli esseri viventi da uno straordinario "impasto" costituito da terra (gli elementi C, Fe, Mn, Cu, S,...) acqua (H ed O), aria (C, N, O...) ed energia.
Per accrescersi e riprodursi tutti gli esseri viventi hanno bisogno di assumere e metabolizzare sostanze più o meno complesse che si trovano nell'ambiente che li circonda; il biomonitoraggio è basato su questa necessità degli organismi e sulla loro sensibilità alle sostanze tossiche.
Gli esseri viventi sono fra loro fondamentalmente simili e la possibilità di scambiarsi vicendevolmente elementi e sostanze dà vita ad un ciclo ecologico che si svolgerà fino a quando l'energia del sole sarà disponibile, a condizione che non subentrino fattori di disturbo di intensità superiore alle capacità omeostatiche degli ecosistemi.
La somiglianza "di base" di tutti gli organismi viene spiegata dalla scienza con la teoria dell'origine della vita sulla terra. L'inizio della galassia fu il big-bang con la fusione di idrogeno ad elio; col crescere dell'età delle stelle si verificò la formazione di berillio e carbonio, arrivando fino alla formazione del ferro. Nel cosmo oggi predominano elementi di basso numero atomico, perché originati da idrogeno ed elio, mentre la composizione della Terra mostra un'alta percentuale di elementi più pesanti, quali ossigeno, alluminio, silicio e ferro. Ciò è dovuto alla piccola massa della Terra e al conseguente scarso campo gravitazionale che le ha impedito di trattenere gli elementi più leggeri, completamente assenti infatti sulla piccola luna ma abbondanti su pianeti grandi e con elevato campo gravitazionale come Giove. Gran parte del carbonio (sotto forma di metano, etano, anidride carbonica..), elemento essenziale alla vita date le sue caratteristiche di reattività, sarebbe perciò andato perso durante i primi stadi di formazione del pianeta, tanto che, in proporzione rispetto a quanto si verifica nel cosmo, sulla terra il carbonio è mille volte meno abbondante del silicio, elemento molto simile ad esso per reattività ma più pesante.
Studi condotti da Oparin, Urey, Bernal, Rubey, Revelle, portano alla conclusione che l'atmosfera attuale, ricca di ossigeno e azoto, non corrisponde a quella primordiale, che era costituita per lo più da gas leggeri quali metano, ammoniaca, idrogeno e da vapore acqueo. Questa atmosfera era fortemente riducente così da garantire, al contrario di quella ossidante (in cui vi è abbondante presenza di ossigeno libero), un'alta stabilità dei composti organici, compresi quei primitivi materiali da costruzione dei sistemi viventi che, circa 4 miliardi di anni fa, hanno cominciato ad accumularsi nell'atmosfera. Miller, Oro ed altri scienziati dimostrarono con celebri esperimenti che se la stabile miscela primordiale costituita da quei semplici gas viene sollecitata con scariche elettriche, calore e radiazione U.V. (molto intensa sulla terra primitiva data la mancanza dello strato protettivo di ozono), allora si formano in grandi quantità quasi tutti gli amminoacidi naturali che costituiscono le proteine. Inoltre in presenza di acido cianidrico (che si forma da metano ed azoto), e raggi U.V. o scariche elettriche, si forma anche l'adenina, una delle basi azotate del DNA e dell'RNA, oltre che costituente essenziale dell'ATP (usato dagli organismi per l'accumulo e l'utilizzazione dell'energia chimica). Si dimostrò che anche gli altri componenti di DNA e RNA possono essere ottenuti in condizioni prebiotiche.
Nel corso di milioni di anni questo materiale prebiotico si è concentrato probabilmente sulla superficie di particelle minerali quali l'argilla, che ha la proprietà di catalizzare la reazione di formazione di catene polimeriche come i polipeptidi (proteine). Quindi le principali classi di composti potevano formarsi e concentrarsi già 4 miliardi di anni fa.
Ma a questa evoluzione chimica necessariamente deve aver fatto seguito l'evoluzione biologica. Siccome tutti gli organismi attuali presentano meccanismi biochimici fondamentali molto simili, si ritiene che il proto-organismo originario abbia avuto vie biosintetiche per proteine ed acidi nucleici simili a quelle attuali. Probabilmente un ruolo essenziale è stato giocato dai mononucleotidi che fungono non solo da unità monomeriche del sistema genetico (DNA ed RNA) ma servono come trasportatori di energia (ATP, ADP), di idrogeno ed elettroni (NAD, FAD), uguali nel moscerino come nell'elefante o nell'alga; questi avrebbero potuto dar vita ad una prima popolazione di molecole semplici capaci di formarne altre simili a loro, acquisendo l'abilità di controllare il loro ambiente chimico interno grazie a strutture di separazione dall'ambiente esterno (membrane lipidiche).
Questi organismi primitivi erano eterotrofi, non in grado di sintetizzare autonomamente le sostanze (peraltro disponibili in gran quantità nell'ambiente prebiotico); erano inoltre anaerobi, data la mancanza di ossigeno. Prima dell'esaurimento delle "scorte" di molecole presenti nell'ambiente, deve essere comparsa qualche forma di vita capace di produrre materiali organici solubili in acqua a partire dai componenti gassosi presenti in atmosfera: la fissazione fotosintetica dell'anidride carbonica avvenne ad opera dei primi procarioti autotrofi, circa 3,8 miliardi di anni fa, ed ha portato ad uno straordinario cambiamento della composizione dell'atmosfera che, arricchendosi di ossigeno, ha consentito lo sviluppo e l'evoluzione degli organismi eterotrofi aerobi, uomo compreso.
Pochi elementi chimici leggeri sono quindi alla base della vita sulla Terra: carbonio e idrogeno combinati con l'ossigeno, (il primo in forma gassosa, il secondo in forma liquida) sono ancora oggi alla base delle possibilità di esistenza degli organismi, che nel corso dell'evoluzione hanno assunto importanza sempre maggiore nell'equilibrio naturale, attuando continui scambi di sostanze gassose, liquide, solide con l'ambiente in cui vivono, trasformandole in nuove sostanze che, rimesse in ciclo, vengono utilizzate a loro volta da altri organismi.
Molto di recente nella storia della vita sulla Terra, l'uomo è intervenuto in questo ciclo trasformando la materia naturale, modificando i cicli degli elementi e immettendo nell'ambiente sostanze sintetiche estranee alla vita ("xenobiotiche"), che sono entrate nel ciclo metabolico degli organismi. L'uomo, gestore delle risorse e delle sostanze fornite dalla natura, diventa a sua volta il mezzo che le stesse sostanze costituenti l'aria e gli alimenti usano per trasferirsi, per riprodursi e per colonizzare nuovi ecosistemi.
Le sostanze inutili (quando non direttamente dannose) assunte dagli esseri viventi provocano una alterazione del delicato equilibrio organismo-ambiente, perfezionatosi nel corso di miliardi di anni: quando questa alterazione supera le capacità di difesa degli organismi, su di essi non tardano a comparire effetti nocivi più o meno visibili. In queste condizioni si svolge il lavoro del tecnico di biomonitoraggio, che si prefigge l'obiettivo di individuare e quantificare questi effetti e di identificare le fonti del malessere dell'organismo.

I punti deboli delle tecniche convenzionali di rilevamento

Il censimento dell'inquinamento si basa oggi sull'uso di strumentazioni fisico-chimiche di rilevamento. La legge definisce "inquinamento" ogni modificazione che si verifica in presenza di sostanze in quantità e caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali e costituire pericolo per la salute dell'uomo, delle risorse biologiche e degli ecosistemi. Esso si manifesta giuridicamente quando è possibile, mediante opportune apparecchiature e metodi di campionamento, individuare il superamento di concentrazioni limite di determinate sostanze nell'acqua, nell'aria o nel suolo in specifiche unità di tempo, in determinate porzioni del territorio. A tal fine il legislatore ha dovuto definire le sostanze pericolose, le strategie e metodologie di campionamento ed analisi per la loro qualificazione e quantificazione nonché i livelli di presenza ritenuti inaccettabili, da non superare.
La definizione delle sostanze pericolose, l'individuazione dei siti di ubicazione delle strumentazioni per il rilevamento, la determinazione degli intervalli di tempo in cui effettuare le misure, il modo di espressione dei risultati, l'identificazione dei livelli di pericolosità sono alcuni dei problemi di non facile soluzione legati al monitoraggio convenzionale. Le misure effettuate dalle centraline esprimono le concentrazioni delle sostanze in quel preciso luogo e in quel preciso momento e il loro costo impone un numero esiguo di punti di rilevamento, lasciando scoperte ingenti porzioni di territorio; inoltre queste strumentazioni forniscono informazioni solo parziali su numero ridotto di singole sostanze per le quali esse sono dotate di sensori. Spesso non si conosce nulla riguardo la presenza delle migliaia di molecole sintetiche veicolate in atmosfera, trasportate dall'acqua, deposte al suolo, delle quali sono ignote non solo la pericolosità e il grado di biodisponibilità (se una sostanza inquinante non è biodisponibile non risulta dannosa per l'organismo) ma, nella maggioranza dei casi, sono sconosciuti anche il nome, la formula chimica, l'origine. Tanto meno si conosce il comportamento di queste molecole nell'ambiente, nelle varie condizioni meteorologiche, le loro modalità di assunzione e i loro effetti sugli esseri viventi, le sinergie e le reazioni che esse provocano all'interno di questi.
Le maggiori difficoltà nelle misurazioni dirette delle alterazioni ambientali si verificano in presenza di basse concentrazioni di inquinanti propagati da sorgenti puntiformi o diffuse, spesso discontinue, le cui sostanze immesse nell'ambiente subiscono trasformazioni ignote. Queste difficoltà possono essere superate con l'uso degli "strumenti viventi" che, seppure non in grado di definire le sostanze tossiche presenti nell'ambiente, sono senz'altro capaci di rilevare gli effetti tossici che queste sostanze hanno su di essi. Da queste considerazioni nasce l'esigenza dell'uso di bioindicatori per il monitoraggio della qualità ambientale.

Il biomonitoraggio

Nel biomonitoraggio gli organismi vengono usati come "sentinelle ambientali". Essi possono essere utilizzati come bioindicatori se le variazioni del loro stato naturale in presenza di sostanze inquinanti sono apprezzabili e rilevabili, e come bioaccumulatori quando sono in grado di sopravvivere alla presenza di una determinata sostanza, accumulandola e permettendone una qualificazione e una quantificazione. Le caratteristiche principali di un bioindicatore e di un bioaccumulatore risiedono perciò rispettivamente nella sensibilità e, all'opposto, nella tolleranza a sostanze nocive. In genere un organismo si presenta per una stessa sostanza come bioaccumulatore a basse concentrazioni e come bioindicatore quando i livelli di concentrazione superano la soglia che porta ad un effetto tossico.
L'inquinamento è un fenomeno universale che viene studiato con diversi approcci dal meteorologo, dal geologo, dal fisico, dal biologo o da tecnici di altre discipline, in quanto interessa l'atmosfera, le rocce, il terreno, l'acqua, le piante, gli animali. Interessa anche i monumenti, le strutture architettoniche, tutte le opere dell'uomo, e in questo senso riguarda non solo la natura e l'uomo, ma anche la storia dell'uomo, la sua cultura.
Il biomonitoraggio si occupa delle implicazioni biologiche dell'inquinamento, fornendo una chiave di lettura originale, non basata su approcci semplicemente quantitativi ma anche e soprattutto qualitativi, considerando come elementi essenziali di giudizio le conseguenze che l'alterazione della normale composizione dell'aria, del suolo, dell'acqua provoca sugli esseri viventi. L'inquinamento infatti agisce direttamente sugli esseri viventi o modificando i parametri ecologici dell'ambiente in cui essi vivono, determinandone in ogni caso un danneggiamento che può essere analizzato per risalire alle cause che l'hanno determinato.
Studiando le alterazioni fisiologiche, morfologiche e anatomiche degli organismi, valutando l'impoverimento delle comunità, è possibile individuare aree in cui la qualità ambientale è scesa a livelli di pericolosità anche per l'uomo.

Gli organismi bioindicatori

Tutti gli organismi possono essere considerati potenziali bioindicatori di inquinamento, in quanto sono, per definizione di "essere vivente", sensibili alle sollecitazioni ambientali. Anche l'uomo rappresenta un bioindicatore eccellente (si pensi alle indagini sull'accumulo di mercurio e piombo nei capelli e nel sangue, agli studi di radioprotezione, ecc.). Fra gli esseri viventi però, molti presentano fisiologia ed ecologia complesse e in gran parte sconosciute, cosicché risulta difficile attribuire variazioni del loro stato di salute alla presenza di sostanze inquinanti e, ancor di più, è complesso quantificare il fenomeno correlandolo funzionalmente ad una precisa causa.
Da anni, ricercatori di molti paesi specializzati in varie discipline naturali studiano gli organismi in grado di fornire informazioni, anche quantitative, sulla qualità ambientale; si tratta di quegli organismi sensibili all'inquinamento ma non tanto da soccombere già a livelli di contaminazione bassi, il che li renderebbe inutili nella maggior parte delle aree in cui l'uomo si trova oggi a vivere.
Il bioindicatore ideale dovrebbe essere presente in ogni angolo della terra, sensibile a determinati inquinanti e capace di manifestare con gradualità specifica la sua sofferenza in presenza di concentrazioni crescenti di sostanze tossiche. Naturalmente per utilizzare un bioindicatore non è sufficiente disporre di questa "dote naturale dell'organismo", ma è anche necessario stabilire tecniche di rilevamento adeguate, affidabili, efficaci, ripetibili e possibilmente economiche. Nelle prossime sezioni vengono brevemente presentate alcune fra le tecniche più affidabili, anche se, in gran parte, "giovani" e in corso di definizione metodologica. Organismo unicellulare, strutture subcellulari, organismi "superiori", possono essere usati come bioindicatori anche se considerazioni di tipo economico ed etico hanno circoscritto la ricerca agli esseri viventi "inferiori", più semplici da gestire.

Particelle submitocondriali

A livello subcellulare è possibile utilizzare test biologici per la valutazione della tossicità di campioni ambientali costituiti da metalli, erbicidi, solventi. All'interno dei mitocondri, organelli per la respirazione che si trovano nelle cellule animali e vegetali, vi sono delle particelle fosforilanti adibite al trasferimento di elettroni lungo la catena respiratoria mitocondriale con trasformazione di NAD alla forma ridotta NADH. In presenza di sostanze tossiche si ha l'inibizione di questa riduzione rilevabile spettrofotometricamente con una diminuzione dell'assorbanza, misura indiretta di inquinamento (Miana).

Uso di batteri per la valutazione della tossicità

Il test Microtox è un test biologico che utilizza il batterio luminescente marino Photobacterium phosphoreum per rilevare effetti acuti e cronici delle sostanze tossiche negli effluenti civili ed industriali a monte ed a valle di impianti di depurazione (Pantani, Arizzi Novelli, Maggitti, Ghirardini). La quantità di luce persa da una sospensione di batteri luminescenti dopo l'esposizione del campione rispetto alla situazione "naturale" è una misura della tossicità delle sostanze.

Mutagenicità

Considerata la varietà e complessità dei contaminanti chimici genotossici, sono state proposte delle tecniche per verificare la presenza nell'ambiente di sostanze mutagene non identificate preliminarmente e quindi non determinabili e quantificabili con strumentazioni analitiche (Barale, Buschini, Venier). Le sostanze mutagene provocano mutazioni genetiche a livello del DNA (se non letali, trasmissibili alla progenie), e la somiglianza del DNA negli organismi permette di individuare, mediante l'uso di organismi primitivi, molecole potenzialmente tossiche anche per l'uomo. Con il test mutagenetico si misura direttamente l'effetto genetico degli agenti chimici e fisici su diversi ceppi batterici di Salmonella. Da un estratto grezzo di sostanze organiche presenti nell'ambiente urbano si procede a frazionamenti successivi individuando le componenti chimiche principali, che vengono "saggiate" con la Salmonella; le frazioni nelle quali il batterio subisce una mutazione vengono ulteriormente frazionate fino a individuare il gruppo di molecole responsabili dell'azione genotossica. Questi test consentono di valutare l'inquinamento generato da fonti ben definite ma anche da fonti mobili o non identificabili, evidenziando anche il tempo di permanenza delle sostanze genotossiche nell'ambiente.

Protozoi degli impianti di depurazione

In questo caso il bioindicatore non viene utilizzato per la valutazione dell'inquinamento ma è uno strumento di verifica dell'efficienza biologica di un impianto (depurazione dei liquami). Il metodo si basa sul fatto che la dominanza dei gruppi della microfauna nei fanghi cambia con il variare delle condizioni ambientali e operative dell'impianto. In base al tipo di specie presenti nel liquame si distinguono tre fasi distinte, quella di innesco (ciliati natanti la cui presenza è indipendente dalla presenza del fango), quella intermedia (con ciliati tipici della vasca di aerazione, forme natanti nei primi giorni e forme sessili e mobili di fondo in un secondo tempo) e quella di stabilizzazione (alta densità della microfauna, altamente diversificata e composta principalmente da forme mobili di fondo e sessili, con flagellati praticamente assenti). Se un impianto a regime ospita specie caratteristiche delle fasi precedenti, si è in presenza di un malfunzionamento; la carenza di alcune specie sensibili e la predominanza di quelle tolleranti indica la presenza di un tossico. L'Indice Biotico del Fango (SBI, Madoni) è basato sia sulla differente sensibilità mostrata da alcuni gruppi della microfauna ai principali parametri fisici, chimici e gestionali, sia sulla abbondanza e diversità in specie della microfauna, consentendo di definire la qualità biologica del fango mediante valori numerici convenzionali.

Nematodi come indicatori di qualità delle acque.

I nematodi acquatici, piccoli "vermi" della dimensione media di 1 mm, sono ampiamente diffusi in tutti gli ambienti. Il sottordine Rhabditina, costituito da nematodi che si nutrono prevalentemente di batteri, tollerano bene l'inquinamento, prosperando in ambienti ricchi di materiale organico in decomposizione; quando la loro presenza percentuale rispetto al totale di nematodi supera il 20%, si è in presenza di acqua inquinata (Nematode Pollution Index NPI, Zullini). Anche la misura delle uova dei Nematodi rappresenta un indice della qualità delle acque, in quanto esse, in presenza di inquinamento, risultano più piccole di quelle attese considerate le dimensioni della femmina.

Daphnia magna per la valutazione della qualità delle acque

Numerosi ricercatori ed operatori delle Aziende USL si interessano da tempo della Daphnia magna, un crostaceo grande pochi millimetri che manifesta una buona sensibilità ai tossici e consente una standardizzazione del metodo di biomonitoraggio. Infatti la femmina origina per partenogenesi un elevato numero di individui geneticamente identici, i quali presentano accrescimento isomorfo (Gorbi, Bernardi, Guzzella, Viganò, Marchetti, Nebeker). Con il test di tossicità acuta viene determinata la quantità di agente tossico che provoca un effetto nocivo in un breve periodo di tempo su un gruppo di piccoli di Dafnia di età inferiore a 24 ore, appartenenti allo stesso clone genetico. I piccoli vengono immessi digiuni in provette contenenti concentrazioni crescenti di acqua potenzialmente inquinata: il test si considera positivo quando l'immobilità degli organismi nel campione è superiore al 50% (IC50). Per i test di fertilità e sopravvivenza vengono utilizzate femmine di 7 giorni in fase di riproduzione partenogenetica, che vengono introdotte in 50 ml di soluzione: il livello di tossicità è determinato questa volta in base al numero di femmine e di neonati morti in un arco di tempo fisso.

Macroinvertebrati d'acqua dolce come bioindicatori di qualità dei fiumi.

L'uso di macroinvertebrati (animaletti privi di colonna vertebrale quali insetti, crostacei, gasteropodi, anellidi...) costituisce senz'altro la tecnica di biomonitoraggio che ha avuto più fortuna in Italia, avendo portato al monitoraggio di più di diecimila chilometri di corsi d'acqua e alla relativa produzione di carte di qualità (Ghetti). I macroinvertebrati che colonizzano i vari tratti del fiume vivono mediamente un anno e fungono da filtratori, collettori, raschiatori, trituratori, succhiatori, manifestando una eterogenea sensibilità agli stress ambientali. Nel valutare il degrado della qualità delle acque si considerano parametri quali il numero e tipo di specie (in quanto quelle più sensibili lasciano posto a specie più tolleranti), il numero totale di individui per ogni specie e le proporzioni relative delle specie nella comunità. Ad esempio il rinvenimento di specie molto sensibili (come i Plecotteri) consente di attribuire al fiume un alto livello di qualità mentre, per contro, la totale assenza di specie o la presenza esclusiva di specie molto tolleranti (come gli Oligocheti) evidenzia situazioni di forte degrado.

Bioaccumulo di metalli pesanti negli abitanti del mare

La bioconcentrazione dei metalli pesanti negli organismi è elevata nel primo livello trofico (fitoplancton, alghe...) ma tende a diminuire rapidamente nei livelli trofici superiori (zooplancton, pesci...); una eccezione è data dal mercurio, la cui concentrazione aumenta nei consumatori terminali (tonni, squali, uomo..). Ad esempio nel Mar Tirreno le concentrazioni di Hg nel cormorano e nel delfino sono sensibilmente più elevate di quelle rilevate nell'acqua, nel fito e zooplancton e nei pesci, e la presenza di metalli è notevolmente superiore a quella rilevata in specie simili testate nel mare dell'Antartide (Bargagli). Numerosi studi finalizzati alla valutazione della contaminazione da metalli nell'acqua di mare sono stati effettuati in Italia utilizzando i mitili.

Api come bioindicatori globali

Quando la passione di un entomologo si coniuga con quella dell'ecologo può nascere l'idea di utilizzare un'ape per il controllo della qualità dell'ambiente. Il metodo (Celli, Porrini) si basa sulla sensibilità dell'ape domestica agli antiparassitari usati in agricoltura. Un alveare, costituito mediamente da 50 mila api, impiega dalla primavera all'autunno circa un quarto dei suoi "abitanti" per la raccolta del nettare e ognuna di queste api operaie compie centinaia di "campionamenti" al giorno. Le api sono degli indicatori mobili globali perché entrano in contatto con terreno, aria, acqua, perlustrando un'area di circa 7 km² attorno all'alveare, utilizzando in un anno fino a 40 Kg di nettare, 40 Kg di polline e 10 litri di acqua. In presenza di sostanze tossiche usate in agricoltura (parathion, lindano, dimethoato...), l'ape sofferente raggiunge il suo alveare con il carico di nettare e crolla morta alla base di questo. Quando, a fronte di una mortalità settimanale media di 150 api per alveare (se ne posizionano 2 in ogni stazione), si verifica un notevole incremento di mortalità, l'operatore va alla ricerca delle sostanze che hanno provocato la morte delle api sottoponendo il loro corpo ad analisi, utilizzandole così come bioaccumulatori. Con questo sistema i ricercatori dell'Università di Bologna hanno steso delle mappe che riportano i periodi e le aree di maggiore rischio in varie zone d'Italia.

Licheni e qualità dell'aria

Sono probabilmente gli organismi più utilizzati e studiati per la valutazione dell'inquinamento dell'aria. In un prossimo articolo verranno forniti ampi ragguagli sulle metodiche utilizzate.

Funghi bioaccumulatori di radionuclidi

Sono trascorsi 10 anni dal giorno in ci si verificò l'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl. L'Italia nord-orientale fu particolarmente interessata dalla radiocontaminazione da Cesio 137, che mantiene la sua attività per diversi decenni. I funghi saprofiti, che hanno il micelio situato nello strato più superficiale del suolo, sono stati i primi ad essere utilizzati come bioaccumulatori nel 1986, in quanto la contaminazione maggiore si verificava proprio nell'orizzonte pedologico superficiale. Si è visto che la carta dell'inquinamento radioattivo elaborata in base al bioaccumulo di Cesio nei funghi del Friuli-Venezia Giulia, riflette quella della distribuzione delle precipitazioni avvenute nei primi 10 giorni di maggio del 1986 nella stessa regione (la pioggia è stata la responsabile della deposizione al suolo dei radionuclidi). Negli anni seguenti sono stati utilizzati funghi con micelio sviluppato in strati più profondi del suolo (funghi simbionti), in quanto si assisteva ad una migrazione del Cesio in profondità per effetto del dilavamento: nel corso del tempo si è infatti assistito ad una diminuzione della radiocontaminazione dei funghi saprofiti, con micelio superficiale, ma ad un aumento di Cesio nei simbionti, con micelio più superficiale.

Piante superiori e inquinamento atmosferico

L'attenzione di numerosi ricercatori intenti a valutare la presenza di sostanze inquinanti nell'aria si è concentrata su alcune specie di piante: lo scolorimento e il tipo di necrosi fogliare del gladiolo, della vite, del tabacco sono fra i più noti esempi di sintomi utilizzati per il monitoraggio della presenza di fluoro, cloro e ozono. Ad esempio è possibile utilizzare germinelli di tabacco allevati in piastre per colture di tessuti e successivamente esposti in determinate aree; una volta alla settimana viene misurata l'estensione della superficie lesionata delle foglioline, ricavando indicazioni sulla presenza di ozono nell'aria (Lorenzini). Un altro esempio è dato da piante bulbose da fiore quali il tulipano Blue Parrot e il gladiolo Snow Princess, nelle quali i fluoruri portano ad una tipica necrosi apicale delle foglie correlabile alla quantità assorbita.

Attività genotossica nelle piante

Non solo i batteri, ma anche alcune piante possono essere utilizzate per valutare la presenza, questa volta nell'acqua potabile, di sostanze mutageno-cancerogene provenienti da attività urbane, agricole ed industriali. Ad esempio, nel polline di Tradescantia paludosa, un'erba selvatica, le genotossine ambientali provocano mutazioni cromosomiche sotto forma di micronuclei: il test, denominato "Trad-MCN", è stato recentemente utilizzato anche in Italia (Monarca et. al.).

Foreste come indicatrici di piogge acide

L'idea di utilizzare un'intera foresta come bioindicatore di qualità ambientale nasce negli anni '70 dalla constatazione dello stato di deperimento delle foreste centro-europee e si sviluppa con metodiche di rilevamento negli anni '80. Il monitoraggio delle condizioni degli alberi è basato sulla valutazione visiva delle condizioni delle chiome di un campione di circa 30 alberi all'interno di determinate porzioni di foresta. Vengono utilizzati indici di trasparenza (o defogliazione) e decolorazione della chioma effettuate mediante stima visiva secondo un sistema di 20 classi percentuali di ampiezza 5%.

Bioaccumulatori come "depuratori"

Alcuni degli organismi utilizzati come bioaccumulatori per il biomonitoraggio possono essere impiegati, con discreto successo, anche nel risanamento ambientale, proprio grazie alla capacità di concentrare nel loro corpo grandi quantità di elementi tossici e, talvolta, di renderli innocui.
In conseguenza all'incidente alla centrale nucleare di Chernobyl, centinaia di migliaia di renne dei paesi nordici sono state abbattute perché si erano nutrite dei "licheni delle renne", che avevano bioaccumulato grandi quantità di radionuclidi, "purificando" in tal modo il terreno dal suo carico radioattivo. Fenomeni di questo tipo sono comuni in natura, ma sorprende che talvolta l'uomo possa "brevettare" un organismo per utilizzarlo nel risanamento ambientale; è il caso della Lemna, una piccola pianta acquatica capace di purificare le acque grazie a delle reazioni biochimiche che è in grado di opporre all'inquinamento. In Italia è stato sviluppato un sistema tecnologico-industriale di fitodepurazione, denominato "Lemna System", in grado di depurare e risanare reflui urbani e agro-industriali nonché le acque di fiumi e laghi eutrofizzati. Oltre alla presenza della Lemna è naturalmente necessario disporre di un adeguato impianto (Florys spa).
L'altro esempio che voglio riportare è quello del fiore delle camelie, dei rododendri e delle azalee, piante acidofile ricche di cisteina, che si è rivelato come un ottimo catalizzatore naturale dei metalli pesanti dispersi nell'atmosfera dal gas di scarico dei motori o dalle lavorazioni industriali. Questi vegetali, ma anche comuni piante quali il geranio, l'ortensia e l'edera, possono fissare piombo, cromo, zinco, manganese, nichel, cadmio dispersi in forma ionica nell'aria (fino a 200 mg di Piombo e 1.500 mg di Alluminio nel fiore della camelia). Delle ricerche si sta occupando l'Istituto di Genetica dell'Università di Parma.

Conclusione

Le tecniche di utilizzo di esseri viventi per la valutazione della qualità ambientale presentano solidi fondamenti teorici e sono basati su decenni di ricerca nel campo fisiologico ed ecologico. Al biomonitoraggio manca in Italia il supporto fornito dalla Legge, mancanza dovuta in parte alle difficoltà di standardizzazione di alcune delle tecniche proposte.
La collaborazione fra ricercatori e specialisti di discipline diverse (e talvolta "avverse") ha recentemente sviluppato - e auspicabilmente maturerà nei prossimi anni - progetti di ricerca e di studio multidisciplinari, nel tentativo di approfondire la conoscenza e debellare, o quantomeno ridurre, il fenomeno dell'inquinamento, una delle catastrofi del nostro secolo.

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