Ecotossicologia - temi e strumenti attuali

Parametri e misure di tipo ecotossicologico

(NEM). Più è piccola la comunità in esame, più è semplice rilevare questi parametri (es. una comunità microbica è più semplice da gestire e studiare rispetto ad una comunità di vertebrati, come una comunità di microinvertebrati del suolo è più semplice da studiare di una comunità tipica delle foreste) gli organismi più in basso nella scala evolutiva vengono monitorati più efficientemente dei grandi vertebrati.

Oltre ai parametri legati all'ecologia, durante le indagini di community ecotoxicology possono essere rilevati anche parametri ecotosicologici come NOEC, LOEC ed EC, utilizzati anche a livello di comunità come parametri indicativi delle concentrazioni a cui i contaminanti determinano effetti avversi. Tali parametri possono essere calcolati simultaneamente per le singole specie (metodo classico) o come dato

legati direttamente al contaminante. La community ecotoxicology necessita quindi di proseguire la sua evoluzione da scienza descrittiva a scienza sperimentale, con l'impiego di approcci che consentano di simulare scala spaziale e temporale a livello di comunità ed ecosistema. Manipolare le comunità e, soprattutto, introdurre contaminanti in campo è problematico dal punto di vista della gestione delle ricadute ambientali per testare le ipotesi e identificare le relazioni dirette tra presenza di un tossico ed effetto sulla comunità (sugli indici biologici piuttosto che sugli indici di qualità) è necessario lavorare in laboratorio o in condizioni di campo molto semplificate. Gli strumenti più idonei alle indagini di community ecotoxicology sono microcosmi, mesocosmi ed esperimenti in campo. I microcosmi sono modelli a scala ridotta di un ambiente naturale, facilmente gestibili in laboratorio e utilizzabili per gli esperimenti.

I mesocosmi sono modelli a scala ridotta di un ambiente naturale, ma di dimensioni maggiori rispetto ai microcosmi. Spesso le unità sperimentali non sono gestibili in laboratorio e richiedono il ricorso a sistemi outdoor o al parziale isolamento di alcune porzioni di ambiente naturale (enclosures), in cui è possibile valutare l'effetto di un contaminante e alcune interazioni con il resto dell'ambiente (es. isolamento di una porzione di costa o di colonna d'acqua per eseguire direttamente lì l'esperimento).

Gli esperimenti in campo coinvolgono l'esposizione di comunità naturali o ricostruite a contaminanti (es. acquari, terrari o altre unità sperimentali di grandi dimensioni ma che possono comunque essere gestite indoor). Si simula un ambiente naturale (seppur con tutti i limiti tipici del laboratorio) e si valuta il comportamento della comunità in presenza o assenza di contaminazione.

1. Esperienze dirette che si eseguono su ecosistemi e prevedono l'aggiunta intenzionale di un tossico in ambiente. Sono piuttosto complicati, anche dal punto di vista normativo in quanto non sono applicabili in tutti i casi (generalmente ci si limita a esperimenti su campi/suoli e non in ambiente acquatico).
2. Microcosmi e mesocosmi

Microcosmi e mesocosmi sono le strutture sperimentali più usate in community ecotoxicology, e rappresentano dei modelli in scala degli ecosistemi (piccoli nel caso dei microcosmi e di dimensioni considerevoli nel caso dei mesocosmi) in grado di replicare alcuni aspetti chiave degli ambienti naturali. L'obiettivo è replicare gli aspetti chiave, non tutti, anche perché l'enorme diversità di un ambiente naturale non è replicabile in nessun caso. Sono particolarmente utili come unità sperimentali per testare ipotesi, anche più di una contemporaneamente: allestendo in simultanea più trattamenti.

Microcosmi e mesocosmi forniscono la possibilità di testare numerose specie contemporaneamente, valutando endpoint relativi alla singola specie (es. mortalità, crescita) contestualmente a parametri strutturali e funzionali tipici degli studi di biomonitoraggio (es. composizione della comunità, ricchezza in specie, equitabilità, dominanza, produzione primaria).

Una delle caratteristiche chiave da replicare è la struttura della comunità: affinché l’esperimento fornisca dei risultati estrapolabili per la comunità naturale (→ target di studio), all’interno del micro/mesocosmo deve essere usata una comunità con struttura il più simile possibile a quella naturale.

Ci sono due possibilità per ricreare una comunità in micro/mesocosmo:

• la comunità naturale può essere studiata a priori in campo e
successivamente ricostruita all'interno del micro/mesocosmo aggiungendo manualmente i diversi organismi che la compongono, in quantità note, garantendo la massima omogeneità e confrontabilità tra le repliche dei trattamenti. In ogni unità sperimentale è presente lo stesso numero di individui di ogni specie, quindi la rappresentatività statistica è massima: tutte le unità sperimentali sono uguali tra loro, quindi i risultati sono il più confrontabili possibile. Tuttavia, con questo approccio la probabilità di escludere una specie fondamentale per l'ambiente oggetto di studio è elevata: difficilmente, infatti, si riesce ad aggiungere manualmente all'unità sperimentale proprio tutte le specie che compongono la comunità naturale. Anche dimenticandosi una o due specie non keystone, si rischia di perdere alcune proprietà emergenti o relazioni fondamentali tra le componenti della comunità.

quel tanto che basta perché il risultato non sia più estrapolabile in campo trattandosi di una comunità artificiale, presenta una bassa rilevanza ecologica perché possono mancare alcuni tasselli fondamentali delle comunità naturali, e possono passare inosservati alcuni effetti diretti ed indiretti che possono manifestarsi in ambiente;

un'alternativa più valida è utilizzare direttamente comunità naturali, prelevate dall'ambiente oggetto di studio e trapiantate nell'unità sperimentale (es. si preleva una zolla o carota di sedimento o un campione d'acqua e lo si mette nel micro/mesocosmo). Il vantaggio di questo metodo è che garantisce la completezza e rappresentatività della comunità, in quanto si usa la stessa che vive in ambiente. Lo svantaggio è che non sono note le abbondanze relative (quanti individui sono presenti in ciascuna replica), ed è altamente probabile

che vi sia una differenza significativa tra trattamenti (anche se si prelevano due zolle adiacenti della stessa dimensione, il numero di individui presenti nell'una e nell'altra sarà sicuramente diverso); questo rende impossibile calcolare alcuni endpoint come la mortalità (se non conosco il numero di individui al tempo 0, non è possibile ricostruire la dinamica di popolazione nel micro/mesocosmo nell'ambito della durata dell'esperimento). Quindi, utilizzare comunità naturali aumenta la rilevanza ecologica dell'esperimento (comunità identica a quella naturale, interazioni tra comparto biotico e abiotico complete) ma aumenta la variabilità dei trattamenti. Scala spaziale e temporale sono parametri fondamentali negli esperimenti con micro/mesocosmi, e possono costituire un limite per l'estrapolazione dei risultati a livello di ecosistema limitato realismo ecologico. Per quanto i micro/mesocosmi permettano dimodellare l'ambiente nel miglior modo possibile, difficilmente possono essere mantenuti per più di 6 mesi. Questo perché all'aumentare del tempo aumentano i costi digestione (spesso non trascurabili) ma anche la difficoltà a mantenere operativo il sistema, sia in laboratorio che in campo, dal punto di vista del design sperimentale. Per quanto micro/mesocosmi ed enclosures siano progettati per essere simili all'ambiente naturale, sono comunque dei sistemi confinati in cui lo scambio di materia ed energia con l'esterno, le migrazioni e il reclutamento di nuovi individui sono limitati a lungo andare, aumenta la deviazione dalle condizioni naturali sia per quanto riguarda la composizione dellacomunità, sia per quanto riguarda i processi. Gli esperimenti, quindi, hanno generalmente una durata inferiore ai 6 mesi, che possono essere insufficienti per rilevare alcuni effetti. Vantaggi e svantaggi degli approcci sperimentali. Le debolezzeLe sfide nell'ambito delle sperimentazioni in laboratorio sono rappresentate da diversi fattori: 1. Costi elevati: le attrezzature e i materiali necessari per condurre gli esperimenti possono essere molto costosi, rendendo difficile l'accesso a determinate tecnologie o risorse. 2. Spazi limitati: i laboratori sono solitamente spazi ristretti, dove è necessario organizzare gli strumenti e le attrezzature in modo efficiente. Questo può limitare la quantità di esperimenti che possono essere condotti contemporaneamente. 3. Tempi lunghi: alcune sperimentazioni richiedono un lungo periodo di tempo per essere completate, come ad esempio gli esperimenti a lungo termine o quelli che richiedono la crescita di organismi viventi. Questo può rallentare il progresso della ricerca. 4. Perdita di realismo: il confine fisico che separa le unità sperimentali dall'ambiente esterno può influenzare i risultati degli esperimenti. Ad esempio, la mancanza di interazioni con altri organismi o con le condizioni ambientali naturali può alterare i risultati ottenuti. 5. Limiti di scambio di materia ed energia: i laboratori sono spesso isolati dall'ambiente esterno, il che può limitare gli scambi di materia ed energia con l'esterno. Questo può influenzare la dinamica degli esperimenti e i risultati ottenuti. 6. Limiti di scala: alcune sperimentazioni richiedono di lavorare su scala ridotta rispetto alla realtà, ad esempio per motivi di praticità o per ragioni etiche. Questo può influenzare la rappresentatività dei risultati ottenuti e la loro applicabilità nel mondo reale.