Este artículo ha ganado el Tercer Premio del VII Concurso de Artículos de Divulgación Científica de la Universidad de Burgos.

Autor: Alberto Soto Cañas, investigador de la Universidad de Burgos en el grupo de ICCRAM Medio Ambiente, Sostenibilidad y Toxicología.

El verdadero Heavy Metal. El problema de los metales pesados.

La mayoría, aunque sea de oídas, hemos oído hablar de los metales pesados. “Metales pesados” es una de esas asociaciones de palabras que ya de por sí nos suenan mal, como agente carcinogénico, aceite de palma o pizza con piña. Y nada más lejos de la realidad, los metales pesados son un grupo de elementos químicos potencialmente tóxicos para los seres vivos. Sin embargo, todo lo que rodea a este término es confuso.

Su definición ha sido (y es) un quebradero de cabeza, pues el concepto “metal pesado” nació de un término más o menos coloquial. Para Hodson (2004), el término presentaba muchas contradicciones, pues no existía una definición que englobara a todos los elementos considerados metales pesados sin presentar contradicciones en cuanto a la densidad, peso atómico y demás propiedades.  Incluso metaloides como el arsénico o el antimonio eran incluidos dentro de este grupo. De hecho, en estos últimos años se ha propuesto cambiar este término a otros como “metales potencialmente tóxicos” o “elementos traza metálicos”(Pourret et al., 2021). Diferentes autores han buscado encontrar una definición clara y universal para este grupo de elementos hasta que, actualmente, para definir a un elemento como metal pesado debe cumplir estas características (Ali & Khan, 2018):

  1. Ser un metal.
  2. Tener un número atómico superior a 20.
  3. Tener una densidad mayor a 5 g/cm3.

Ejemplos de metales pesados son el cadmio, mercurio, níquel, zinc o cromo. Pese a esto, otros elementos que cumplan estas condiciones, salvo la de ser metálico, son considerados metaloides pesados, por ejemplo, los antes citados arsénico y antimonio, aunque no ser metales no les hace menos peligrosos.

De la lista anterior podemos rescatar ejemplos de metales, los cuales su mera presencia indica toxicidad, como el caso del mercurio o el del cadmio. Sin embargo, otros como el zinc desempeñan roles importantes en la síntesis de proteínas, la regulación del sistema inmunológico, el desarrollo fetal durante el embarazo. ¿Qué hace realmente tóxico a un metal pesado? La respuesta es la misma que a veces se usa para separar a los medicamentos y las drogas, la dosis, o mejor dicho, la concentración. En lo que radica la toxicidad de estos elementos es en su capacidad de acumularse en los diferentes tejidos de los seres vivos mediante su ingesta, inhalación o contacto. Por tanto, su concentración puede ir aumentando con la exposición progresiva a los mismos. El propio zinc, en concentraciones muy altas puede provocar interferencia en la absorción de nutrientesno daño hepático.

Esto es un problema, ya que su presencia en aguas y suelos no para de aumentar, estando íntimamente ligada a actividades antropogénicas como la minería, la fundición, el galvanizado de materiales, el uso de pesticidas, etc… (Wei y Yang 2010). Reducir la presencia de estos contaminantes es digamos complicado, la mayoría de técnicas in situ se centran en su inmovilización no en su eliminación, mientras que las ex situ pueden provocar un gran impacto en los ecosistemas (Ghosh & Singh, 2005). Una de las posibles soluciones que está ganando más peso en la actualidad es la biorremediación, utilizar organismos vivos, que son capaces de degradar, metabolizar o acumular contaminantes para su eliminación/neutralización. La fitorremediación es un ejemplo que emerge como una de las técnicas más eficaces para combatir este problema.

Abordando el problema de raíz. La fitorremediación.

Las plantas parecen la auténtica panacea: de sus metabolitos nacen la mayoría de medicinas, originaron la atmósfera que hace a la Tierra ahora habitable y son la base de la mayoría de ecosistemas, entre otras muchas cosas. Que también sean capaces de reducir o eliminar la presencia de contaminantes es solo otra cosa más, esto es lo que se conoce como fitorremediación (Muthusaravanan et al., 2018). Y digo contaminantes, porque no se reduce solo a los metales pesados, sino también pesticidas, antibióticos… Además, la propia vegetación previene la erosión del suelo.

El término fitorremediación se empieza a acuñar en 1983 (Chaney, 1983), existiendo en la actualidad una gran cantidad de nomenclatura alrededor del concepto. Si nos centramos en el mecanismo de acción de la planta, los autores diferencian entre fitoestabilización, rizodegradación, fitoestabilización y un largo etcétera (ver Figura 1). Las plantas utilizadas para la fitorremediación de metales pesados son las llamadas metalófitas, capaces de crecer en ambientes con metales, entre las cuales destacan la hiperacumuladoras, las preferidas para hacer uso de la fitorremediación. Estas son capaces de contener en su peso seco total un 0,1% de metales como cobre, cromo, plomo y níquel, más del 1% de zinc y manganeso o más de 0,01% en el caso del cadmio. Especies como la colza, la mostaza, el sorgo o el girasol han sido descritas como hiperacumuladoras de metales (Lone et al., 2008).

Hay varios casos en los que han implementado esta técnica en entornos reales. Por ejemplo, se ha utilizado con resultados positivos altramuz para reducir las concentraciones de metales pesados presentes en suelos y lodos tras el desastre de Aznalcóllar, donde la rotura de su balsa minera provocó un vertido tóxico en Doñana y zonas alrededor de la ribera del Guadamar(Bernal & Clemente, 2007). La propia Universidad de Burgos está poniendo a punto un piloto de fitorremediación para la eliminación de metales pesados en agua, mostrando resultados positivos para especies como el carrizo, la espadaña o la menta acuática(Velasco-Arroyo et al., 2024). 

Figura 1. Mecanismos de fitorremediación. El dibujo a) explica el mecanismo de fitoacumulación, la planta absorbe el contaminante por la raíz y lo almacena en la parte aérea o radicular. El dibujo b) describe la fitoestablización, tras absorber el contaminante lo transforma en volátil y lo libera. El dibujo c) muestra la fitoestabilización, la planta libera exudados por la raíz que inmovilizan el contaminante. El dibujo d) muestra la fitodegradación, la planta absorbe el contaminante y lo degrada en su metabolismo (Ghosh & Singh, 2005).

Pero ¿qué pasa con los metales que las plantas han almacenado? Una de las aplicaciones más interesantes es la fitominería. La biomasa vegetal podría utilizarse para la obtención de energía por combustión, mientras que la ceniza puede ser considerada biominerales. Estos requieren menos energía para su fundición, además mayor contenido en metal que un mineral convencional, suponiendo menor espacio para su almacenamiento(Ali et al., 2013).  Otras opciones son la producción de biocombustibles como bioetanol o biogás (Rheay et al., 2021).

Pero hay un problema con la fitorremediación, en la mayoría de los casos las concentraciones que pueden tolerar las plantas, pese a ser hiperacumuladoras, son bajas comparándolo con las cantidades presentes en los entornos contaminados. ¿Existe alguna forma de abordar este problema? Pues sí, existen varias formas entre las cuáles destacan unos curiosos “suplementos” vivos.

Los Microorganismos Promotores de Crecimiento Vegetal (PGPMs) como suplementos para las plantas.

La eficacia de la fitorremediación se puede implementar sí, pero no todas sus formas son o las más sostenibles o las más permitidas. Se pueden suministrar enmiendas al suelo (normalmente nutrientes), hacer uso de plantas transgénicas (algo no permitido por el momento) o el uso de microorganismo que promuevan el crecimiento vegetal (PGPMs) (Gerhardt et al., 2017), siendo está última la más interesante.

Ya sabemos que nuestro microbiota es muy importante, pues para las plantas la suya también, pudiendo ayudarlas a tolerar estreses, mejorar la absorción de nutrientes o incluso germinar. La combinación entre PGPMs y plantas hiperacumuladoras ya se ha documentado en especies que van desde el lino, fresa, trigo o salicornia (ver Figura 2), así como diferentes contaminantes como el níquel, cadmio o salinidad (Deng et al., 2019; Ferreira et al., 2023; Ke et al., 2021; Yarzábal, 2020).  Y aunque cuando se habla de PGPMs, inconscientemente se piensa en bacterias (géneros Psedudomonas, Bacillus, Enterobacter o Pantoea), también pueden ser hongos (las conocidas micorrizas, sobre todo del género Glomus) que al extender sus hifas aumentan significativamente la capacidad de absorción de nutrientes de la planta(Ke et al., 2021; Leontidou et al., 2020).

Figura 2. Ejemplos de plantas con mayor crecimiento o tasa de germinación tras la inoculación de PGPMs. La foto a) indica el aumento de crecimiento en fresa inoculando una bacteria del género Pseudomonas. La foto b) muestra una mejora en la germinación de trigo harinero inoculando una bacteria del mismo género anterior. La foto c) enseña un aumento del crecimiento de la especie Salicornia europaea al inocular diferentes bacterias y un consorcio bacteriano (Deng et al., 2019; Ferreira et al., 2023; Yarzábal, 2020).

Las formas en las que estos microorganismos ayudan al crecimiento de las plantas son diversas más allá del ejemplo antes citado para los hongos. Las más interesantes están relacionados con la inhibición o síntesis de hormonas vegetales, por ejemplo, algunos microorganismos liberan ácido indoalacético que promueven la formación de raíces laterales, mejorando la absorción de nutrientes y optimizando el riego (Leontidou et al., 2020).

En conclusión, la fitorremediación pueden ser una medida eficaz y sostenible para la reducción de contaminantes como los metales pesados. Aunque puedan necesitar unas vitaminas en forma de microorganismos para hacerlo.

Bibliografía

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