Biomonitorizarea Mediului cu Ajutorul Albinelor

1. Importanţa ecologică a albinelor şi relevanţa acestora în ecotoxicologie

Contaminarea mediului înconjurător cu substanţe toxice este legată atât de industrializara masivă, cât şi de agricultura intensivă practicată la o scară tot mai largă pe plan mondial. Substanţele toxice ajung în mediul terestru şi în mediul acvatic în urma deversărilor produselor industriale, a deşeurilor consumatorilor şi a apelor uzate urbane, a deşeurilor de la ferme şi a celor provenite din exploatarea pădurilor, dar şi în urma deversărilor accidentale.

Unii din aceşti compuşi sunt acumulaţi în ţesuturile animale, de principiu în predatorii care ocupă vârful piramidelor trofice. De asemenea, aceşti compuşi toxici pot fi răspândiţi pe distanţe mari datorită vânturilor şi curenţilor acvatici. Aceste substanţe chimice pot afecta abilitatea organismelor de a se reproduce, de a se dezvolta şi de a rezista la multitudinea de factori din mediul lor înconjurători, prin slăbirea sistemelor lor nervoase, endocrine şi/sau imunitare.

În consecinţă, este importantă estimarea impactului asupra mediului şi a efectului ecotoxicologic asupra diferitelor biotopuri.

O colonie de albine este ca un aparat de luat mostre natural pentru compuşii organici volatili şi semi-volatili dintr-un ecosistem complex. În ultimii 6 ani a fost dezvoltată o tehnică de desorbţie termică / cromatografie a gazului / spectrometrie de masă (TD/GC/MS) folosind nişte tuburi pe bază de carbon molecular (Figura 1.1), care au rol de site, pentru a filtra aerul din stupi şi a detecta prezenţa copuşilor organici volatili şi semi-volatili. Aerul din stup este aspirat cu un debit de 0,100 dm3/min printr-un tub mic de cupru inserat printre rame până în mijlocul stupului. Pe lângă detectarea compuşilor care sunt în mod normal eliberaţi prin fiziologia albinelor, din proviziile stupului şi din elementele constructive ale stupului, de asemenea pot fi detectate o varietate de substanţe care sunt contaminatoare pentru mediu. Dintre acestea, mai importante sunt cele care intră în următoarele categorii de poluanţi: compuşi proveniţi din arderea combustibililor minerali, solvenţi industriali, pesticide şi chiar şi explozibili. Stupii pot fi poziţionaţi în anumite zone cunoscute ca fiind contaminate, oferind astfel o cale foarte bună pentru epurarea aerului.

Albinele producătoare de miere (Apis mellifera) reprezintă un mod excelent de a monitoriza calitatea mediului. Albinele au fost folosite la monitorizări în situ a expunerii la impurităţi elementare şi a efectelor asociate acestei expuneri de mai bine de 20 de ani. Au fost publicate multiple cazuri comparative în care albinele au fost folosite ca şi adevărate specii santinele. În ultimii ani albinele au fost folosite pentru monitorizarea în timp real a condiţiei întregii colonii şi monitorizări de rutină pentru substanţe volatile şi semi-volatile efectuate de către Armata Americană.

În procesul de monitorizare a impurităţilor organice este de asemenea necesar să se facă o caracterizare complexă a compuşilor organici găsiţi în mod natural în stupi. Stupii localizaţi în zone necontaminate conţin compuşi eliberaţi chiar de albine (feromoni, produşi metabolici, alte substanţe chimice eliberate pentru a respinge predatorii şi paraziţii, etc), compuşi de pe rame (miere, ceară, polen şi propolis) şi compuşi volatili proveniţi din materialele din care este confecţionat stupul (lemn, vopsea, plastic). Vom vedea că în atmosfera stupurilor sunt prezenţi compuşi proveniţi de la automobile, ferme, fabrici aflate în vecinătatea stupilor.

Figura 1.1. Sită tubulară pe bază de carbon molecular [2]

1.1. Analiza compuşilor prezenţi în stup

A) Metoda amprentă

Studiile tip amprentă pentru componentele stupilor au fost efectuate la Universitatea din Monana în cadrul cercetărilor legate de apicultură, în 7 zile din cursul anului 1996. Aerul ambiental a fost testat simultan astfel încât impurităţile din zona urbană în care erau situaţi stupii au putut fi identificate şi justificate cu prezenţa în toate celelalte probe.

Pentru a amprenta fiziologia activă a albinelor prin ele însele, a fost fabricată o cuşcă din oţel inoxidabil care conţinea 4000 de infivizi. Partea superioară a cuştii a fost echipată cu o sticlă cu sirop pentru a hrăni albinele în timpul perioadelor de pompare, care durau între 8 şi 10 ore. Pomparea era efectuată în aer liber şi nu în incinta vreunui stup care ar fi putut contribui cu substanţe străine.

B) Luarea probelor de aer

Mostrele de aer au fost luate cu ajutorul unor tuburi speciale ce adăpostesc un şir de carbon grafitizat şi site moleculare de creştere a activităţii de absorbţie a componentelor organice volatile şi semi-volatile, acând mărimea moleculară de la C1 la C30. Tuburile de abosorbţie au fost conectate la pompe care au curgere constantă, cu rate programate la valori între 0,080 şi 0,150 dm3/minut. Capătul tuburilor de absorbţie a fost ataşat la nişte tuburi de cupru. Tubul de cupru a fost inserat direct în interior între ramele de lemn care susţin fagurii (figura 1.2).

Figura 1.2. Diagrama de obţinere a mostrelor de aer dintr-un stup

Mostrele din tuburi vor fi închise în flacoane individuale şi păstrate de preferinţă la rece, la 4 °C, până în momentul analizei.

C) Analiza termică a desorbţiei

Tuburile mostră au fost desorbite într-o direcţie opusă celei în care a fost prelevată proba. După o purificare de 4 minute cu heliu, pentru a elimina umezeala accidentală, tuburile au fost supuse la un ciclu de desorbţie de 10 minute la temperatura de 250 °C. Apoi tuburile au fost ţinute sub un jet de răcire timp de 6 minute.

Cu ajutorul computerului se compară copuşii identificaţi cu cei de la Institutul National de Ştiinţă şi Tehnologie (NIST).

1.2. Compuşii organici din feromonii albinelor

Albinele comunică, în mare parte, prin niste substanţe chimice numite feromoni. Pentru unele tipuri de comunicare chimică este necesar un transfer direct de fluide de la o albină la alta; pentru alte tipuri de comunicare este necesară eliberarea unor compuşi organici volatili în stup sau afară, în aer. Albinele au un sistem de glande exocrine prin care eliberează amestecuri de compuşi cu diferite roluri: pentru atragerea unui mascul, pentru a semnala un intrus în stup, etc. O caracterizare chimică a conţinutului glandelor se face prin îndepărtarea glandelor şi analiza compuşilor chimici din lichidele conţinute în glande.