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ISSN Versión impresa: 1992-2159; ISSN Versión electrónica: 2519-5697
Biotempo, 2018, 15(2), jul-dic.: 163-172.
ORIGINAL ARTICLE / ARTÍCULO ORIGINAL
ECOTOXICOLOGY AS A PREDICTIVE TOOL ON THE SUSTAINABLE
EVOLUTION OF AQUATIC SYSTEMS
ECOTOXICOLOGÍA COMO HERRAMIENTA PREDICTIVA EN LA
EVOLUCIÓN SOSTENIBLE DE LOS SISTEMAS ACUÁTICOS
George Argota-Pérez1 & José Iannacone2,3
1 Centro de Investigaciones Avanzadas y Formación Superior en Educación, Salud y Medio Ambiente ¨AMTAWI¨,
Puno-Perú. george.argota@gmail.com
2 Laboratorio de Parasitología. Facultad de Ciencias Biológicas. Universidad Ricardo Palma (URP). Lima-Perú.
joseiannacone@gmail.com
3 Laboratorio de Ecología y Biodiversidad Animal (LEBA). Facultad de Ciencias Naturales y Matemática. Universidad
Nacional Federico Villarreal (UNFV). Lima-Perú
Author for correspondence: george.argota@gmail.com
ABSTRACT
Pollution causes deterioration of the environmental components where certain branches of application know how to
recognize the degree of equilibrium at the ecosystem level. e purpose of the study was to indicate ecotoxicology
as a predictive tool on the sustainable evolution of aquatic systems. rough the analysis of content on theoretical
aspects and practical uses referring to ecotoxicology, the environmental quality and sustainable evolution of the San
Juan ecosystem of Santiago de Cuba, Cuba, was considered for 10 years (2008-2018). e variables of interest analyzed
were the biological condition factor (K) and the bioaccumulation of metals (Pb and Cd) in the gills (target organs) of
the sh species Gambusia punctata (Poey, 1854) (Poeciliidae), which was selected in the biomonitor category. It was
observed, statistically signi cant di erences in the K indicator (for both sexes), which was measured every 5 years (2008,
2013 and 2018) where their values decreased (males / 2008: 0.45-0.47, 2013: 0 , 43-0.44, 2018: 0.37-0.41, females
/ 2008: 0.63-0.66, 2013: 0.58-0.61, 2018: 0.55-0.58) while that, there were no statistically signi cant di erences in
relation to the bioaccumulation of metals (considered as average values between males and females (ug·g-1), Pb / 2008:
0.04 ± 0.01, 2013: 0.03 ± 0.02; 2018: 0.04 ± 0.02; Cd / 2008: 16.44 ± 0.017; 2013: 16.77 ± 0.011; 2018: 16.78 ±
0.008). It was concluded that there was limited environmental stability over time and therefore; little sustainability as an
ecosystem resource for San Juan, being recognized through the analysis of biomarkers which were based on the precepts
of ecotoxicology.
Keywords: ecotoxicology – environmental – evolution – management instrument – risk prediction
Biotempo (Lima)
doi:10.31381/biotempo.v15i2.2056
Revista Biotempo: ISSN Versión Impresa: 1992-2159; ISSN Versión electrónica: 2519-5697 Monzón-Muñoz et al.
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RESUMEN
La contaminación ocasiona deterioro de los componentes ambientales donde determinadas ramas del saber aplicativo
permiten reconocer el grado de equilibrio a nivel de ecosistema. El propósito del estudio fue indicar la ecotoxicología
como una herramienta predictiva sobre la evolución sostenible de los sistemas acuáticos. Mediante el análisis de
contenido sobre aspectos teóricos y usos prácticos referido a la ecotoxicología se consideró, durante 10 años (2008-
2018), la calidad ambiental y evolución sostenible del ecosistema San Juan de Santiago de Cuba, Cuba. Las variables
de interés analizadas fueron el factor de condición biológico (K) y la bioacumulación de metales (Pb y Cd) en las
branquias (órganos diana) de la especie de pez Gambusia punctata (Poey, 1854) (Poeciliidae), el cual fue seleccionado
en categoría de biomonitor. Se observó, diferencias estadísticamente signicativas en el indicador K (para ambos sexos),
el cual se midió cada 5 años (2008, 2013 y 2018) donde sus valores disminuyeron (machos / 2008: 0,45–0,47; 2013:
0,43–0,44; 2018: 0,37–0,41; hembras / 2008: 0,63–0,66; 2013: 0,58–0,61; 2018: 0,55–0,58) mientras que, no hubo
diferencias estadísticamente signicativas con relación a la bioacumulación de los metales (considerados como valores
promedios entre machos y hembras (ug·g-1); Pb / 2008: 0,04±0,01; 2013: 0,03±0,02; 2018: 0,04±0,02; Cd / 2008:
16,44±0,017; 2013: 16,77±0,011; 2018: 16,78±0,008). Se concluyó que, existió limitada estabilidad ambiental en el
tiempo y por ende; poca sostenibilidad como recurso ecosistémico para San Juan, siendo reconocido mediante el análisis
de los biomarcadores los cuales se basaron en los preceptos de la ecotoxicología.
Palabras clave: ecotoxicología – evolución ambiental – intrumento de gestión – predicción de riesgo
INTRODUCCIÓN
Más de 600 sustancias activas (relevantes) se han
registrado en todo el planeta (Weber et al., 2014), cuyas
concentraciones promedio varían de acuerdo al tipo de
molécula y al país de procedencia (Hughes et al., 2013);
sin embargo, no existe duda sobre el mayor impacto que
recepciona, la matriz ambiental del agua (Lopez et al.,
2013) y por causa de las deciencias en los diseños de las
plantas de tratamientos convencionales, el desequilibrio
se acrecienta (Pal et al., 2014). Entre las posibles
consecuencias del desequilibrio ambiental de las aguas
está la discontinuidad entre la interpretación de los daños
que ocurre a nivel individual y de población (Forbes &
Galic, 2016) donde las respuestas biológicas para futuras
investigaciones (Lam & Gray, 2003; Stark et al., 2007)
por lo general, suceden mediante el vínculo directo
entre las fuentes contaminantes y el uso de modelos
explícitamente probados a nivel individual (Simpson et
al., 2013; O’Brien & Keough, 2014). A pesar de esta
relación, continúa siendo limitado, predecir el efecto
sobre aquellos procesos que pudieran ocurrir por encima
del nivel de población (Hommen et al., 2010; Pedersen
et al., 2013).
Adicionalmente, pocos de los datos agrupados son
utilizados en la toma de decisiones ante los riesgos
ambientales presentados donde Destrieux et al. (2017)
señalan que, la acumulación de datos, no solo debe
aumentar el conocimiento de los posibles riesgos sino,
permitir como instrumento la objetividad para contribuir
a la evaluación rápida y eciente lo que podría coadyuvar
de igual modo, a la protección ambiental ante el impacto
que se genera (Carter & Howe, 2006; USEPA, 2015).
En múltiples encuentros cientícos y/o políticos se ha
referido que, los desequilibrios ambientales, no son tan
simples de solucionar; pero, una pregunta surge ante
tal preocupación: ¿si se desconoce los posibles efectos
observados por no describirse umbrales naturales con
relación a lo que se intenta producir entonces, por qué
existen actualizaciones bajo ciertas incertidumbres?.
Al parecer, la respuesta pudiera ser evidente, pues solo
manifestarse con lógica racional en sí misma, es la
solución. El agobio y la busca desesperada sobre qué hacer
para transformar los desequilibrios ambientales, crea en
numerosos profesionales, la facultad de pronosticar algún
cambio hacia posible y adecuada mejora mediante la visión
del entendimiento relacionada con la Ecotoxicología.
En algún modo, pudiera ser totalmente cierto por su
carácter preventivo y aplicativo, pero la tenencia de una
cultura ambiental en la sociedad, signicará la principal
asignatura de aprendizaje y con ello, no mostrar una
sumatoria de peligros generados.
Durante una reunión celebrada por el Comité del
Consejo Internacional de Uniones Cientícas con sede en
la ciudad de Estocolmo–Suecia, el profesor e investigador
francés Truhaut en 1969, sugirió por primera vez, la
terminología Ecotoxicología donde hizo mención cómo,
extensión natural de la Toxicología (ciencia que estudia
los efectos de las sustancias tóxicas sobre los organismos
individuales). Para el uso de esta terminología rerió
indicación a dos efectos ecológicos ocasionados por
Ecotoxicology as a predictive tool
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los contaminantes: 1ro), la toxicidad hacia cualquier
organismo; y 2do), las alteraciones del medio en el cuál
viven los organismos. La gura 1 muestra lo señalado por
Truhaut cuando indicó que, un contaminante al provocar
la muerte sobre el 50% en los individuos dentro de una
población podría tener poca signicación pero, si un
contaminante no provoca la muerte, aunque retarda una
función biológica (efecto biológico no deseado) o altera el
medio ambiente, si puede tener gran implicación.
El propio Truhaut (1977) hizo redenición de la
Ecotoxicología (reconocido como el texto pionero)
donde mencionó que deben considerarse varios aspectos
en términos cuantitativos dentro de una serie de procesos
como los siguientes:
Posteriormente, Sanz (1974) mencionó que la
Ecotoxicología como ciencia, estudia la polución, origen,
evolución e interacciones con las moléculas que integran
dinámicamente los ecosistemas, además, las acciones y
efectos sobre los seres vivos que forman estos ecosistemas
con su evaluación como determinantes de criteriología
considerándose la prolaxis biológica o socioeconómica.
En esta denición dos aspectos resultan de interés.
El primero, la prolaxis en término de vigilancia; y lo
segundo, la implicación que puede ocasionar la polución
en el contexto social y económico.
Butler (1978), indicó que la Ecotoxicología, es la
ciencia que relaciona los efectos tóxicos de los agentes
químicos y físicos con los organismos vivos sobre todo
en las poblaciones y las comunidades dentro de los
ecosistemas bien denidos, incluyendo las transferencias
de estos agentes y sus interacciones con el ambiente. En
esta denición se indica que, solo los efectos tóxicos se
a) Lugar, naturaleza y concentraciones relativas de la
emisión contaminante.
b) Su transporte geográco y alteraciones consecuentes
a los mecanismos físicos implicados (adsorciones,
absorciones, retenciones, diluciones, concentraciones,
etc.).
c) Transformaciones químicas de naturaleza abiótica
(hidrólisis por la humedad, oxidaciones por el aire y
la luz ultravioleta, condensaciones fotoquímicas, etc.).
d) Biotransformaciones durante su transporte
por los diferentes organismos en el ecosistema
(biodegradación) y la bioacumulación a lo largo de las
cadenas trócas.
e) Incidencia de la exposición sobre los organismos,
poblaciones o comunidades críticas o dianas.
f) Respuestas de los organismos en el tiempo.
reconocen cuando los ecosistemas se encuentran bien
denidos, es decir, no obedece a cualquier espacio o
hábitat geográco. Otro aspecto signicativo radicó en el
daño posible cuando existe un valor de uso en cualquier
recurso secundario (factor o proceso de transferencia).
Blaise et al. (1985) plantearon que, la Ecotoxicología
estudia el destino y los efectos de los contaminantes en
los ecosistemas, intentando explicar las causas y prever
los riesgos probables. En este sentido, se habló sobre
una ecotoxicología prospectiva que evalúa la toxicidad
de las sustancias antes de su producción y uso; y una
ecotoxicología retrospectiva que se ocupa de conrmar,
si la sustancia produce daño en el ecosistema. En esta
denición, una de las ideas interesantes estuvo referida
al carácter preventivo, pues lo perseguido fue entender
de forma anticipada, posibles efectos adversos de los
contaminantes antes de que puedan entrar en contacto
con el medio ambiente.
Figura 1. Interpretación del concepto sobre ecotoxicología propuesto por Truhaut (1977).
(No impacto)
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Por su parte, Rudolph & Boje (1986) señalaron que la
Ecotoxicología, es la ciencia que investiga los efectos
de sustancias sobre los organismos. El peligro sobre las
poblaciones de animales y plantas puede ser determinado
mediante el uso de datos existentes tomados del ambiente
(ecotoxicología retrospectiva) o mediante desarrollo de
ensayos especícos (ecotoxicología prospectiva). En esta
denición puede interpretarse, la necesidad de realizar
mediciones y con los valores hallados, luego realizar
las predicciones de su peligro. Para ello, es considerado
utilizar en condiciones de laboratorio, modelos biológicos
de experimentación.
En cambio, Moriarty (1988) rerió que la Ecotoxicología,
es la ciencia que propone la evaluación, monitoreo,
predicción del destino y efectos de xenobióticos en
el ambiente. En esta denición, al parecer lo relevante
estuvo en la clasicación de xenobióticos como agente
que no presenta un umbral natural para su posible
degradación y por tanto, la necesidad de valorar el riesgo
en su manifestación.
En el caso de Pourriot & Meybeck (1995) esbozaron
que, la Ecotoxicología se basa en la combinación de
los conceptos fundamentales de la ecología que apunta
para entender las relaciones entre los organismos y su
ambiente circundante, a través de un análisis sistémico
utilizando unidades funcionales de variación con los
registros experimentales de la limnología contemporánea
y las propiedades físico-químicas de las sustancias antes
y después que se vierten al ecosistema. Esta denición,
tuvo una dimensión aplicada para condiciones de campo
pero lo relevante radicó en la necesidad de valorar, cómo
las uctuaciones de parámetros determinan cambios
en las estructuras y composición química donde a su
vez, inuyen en el comportamiento de los organismos.
La inuencia no necesariamente tiene que ser directa
sino, puede ser mediante el medio con lo cual, sigue
considerándose la propuesta inicial formulada por
Truhaut. Finalmente, Tarazona & Ramos (2014)
indicaron a la Ecotoxicología como la ciencia dedicada al
estudio y prevención de los efectos adversos provocadas por
las emisiones antropogénicas de sustancias químicas en la
estructura, funciones y biodiversidad de los ecosistemas.
En esta denición, puede valorarse la dinámica de cambio
(enlace) que puede transcurrir en las sustancias químicas
emisoras y por ende; su posible biodisponibilidad.
Probablemente por lo leído, algunos autores como
Newman & Zhao (2008) reeren que, la Ecotoxicología
es una ciencia y en realidad no lo es, por cuanto carece de
principios, leyes y teoría propia, ya que en ella se combina,
explicaciones causales e informaciones de otras ciencias
(biología, química, bioquímica, matemática, física,
geología entre otras). En este saber, la Ecotoxicología es
reconocida como rama sintética pudiendo ser posible
que, múltiples respuestas sobre los desafíos del entorno
social se maniestan de forma compleja y donde, no se ha
podido dar soluciones, ya que los datos que se incorporan
siguen siendo incompletos debido al carácter aplicativo
de la Ecotoxicología.
De manera general, puede denirse a la Ecotoxicología
(Argota, 2016) como: Rama que se encarga en estudiar
las perturbaciones estructurales y funcionales a corto,
mediano y largo plazo ocasionadas por la contaminación
sobre los sistemas ecológicos y donde éstos funcionan
sobre la base de las acciones e interacciones entre factores
abióticos y bióticos.
Al indicarse como referencia los efectos biológicos no
deseados por contaminantes expuestos en el medio,
éstos pueden ser diversos tales como se muestran en la
gura 2 de manera que si fuera así, la continuidad sobre
evaluaciones sistemáticas posibilita entender que, ciertas
exposiciones inuyen de manera parcial o total a la
pérdida de individuos o poblaciones en los ecosistemas
acuáticos.
El propósito del estudio fue indicar la ecotoxicología
como herramienta predictiva sobre la evolución sostenible
de los sistemas acuáticos.
Ante la interpretación teórica y usos prácticos sobre
la evaluación de sustancias, compuestos, utilidad de
bioensayos y generación de modelos computacionales
referidos en diversas publicaciones de la literatura cientíca
se seleccionó como referencia analítica al ecosistema
acuático San Juan de Santiago de Cuba–Cuba (Figura 3).
Ecotoxicology as a predictive tool
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Figura 2. Efectos biológicos no deseados por la exposición a contaminantes (Argota, 2016).
MATERIAL Y MÉTODOS
Ante la interpretación teórica y usos prácticos sobre
la evaluación de sustancias, compuestos, utilidad de
bioensayos y generación de modelos computacionales
referidos en diversas publicaciones de la literatura cientí ca
se seleccionó como referencia analítica al ecosistema
acuático San Juan de Santiago de Cuba–Cuba (Figura 3).
Figura 3. Ecosistema San Juan (rectángulo) en Santiago de Cuba, Cuba.
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Para determinar la calidad ambiental y evolución
so
stenible del ecosistema San Juan se midió durante 10
años (2008, 2013, 2018), el factor de condición biológico
(k) y la bioacumulación de metales (Pb y Cd) en las
branquias (órganos diana) de la especie Gambusia punctata
(Poey, 1854) (Poeciliidae) denida como biomonitor en
ecotoxicología acuatica (Argota et al., 2013).
Se utilizó el programa estadístico profesional Statgraphics
Centurion 18 para el tratamiento de los datos donde la
normalidad se realizó mediante la prueba Kolmogorov–S.
Para la comparación entre los años se utilizó el estadígrafo
análisis de la varianza siendo la prueba de contraste
múltiple de rango por Bonferroni, la que se seleccionó
para establecer las diferencias entre los grupos. Se
consideró signicativos los resultados cuando p<0,05.
Aspectos éticos: los autores señalan que se cumplieron
todos los aspectos éticos nacionales e internacionales.
RESULTADOS
La tabla 1 muestra el factor de condición biológico (K)
en la especie biomonitor G. punctata durante el periodo
de estudio donde hubo diferencias estadísticamente
signicativas entre los años por cada sexo (tabla 2).
Tabla 1. Factor de condición biológico / sexo / año.
Sexo Indicador 2008 2013 2018
machos K 0,45 – 0,47 0,43 – 0,44 0,37 – 0,41
hembras 0,63 – 0,66 0,58 – 0,61 0,55 – 0,58
Tabla 2. Anova (Análisis de Varianza) / contrastre múltiple de rangos / factor de condición biológico / sexo / años.
FV = Fuentes de variación. SC = Suma de cuadrados. gl = grados de libertad. CM = cuadrado medio. F = Estadísticos
de Fisher del ANOVA. P = probabilidad. X = promedio. Letras diferentes en una misma columna señalan diferencias
estadísticamente diferentes (P<0,05).
Machos
FV SC gl CM Coeciente – F P
Entre grupos 0,0075 2 0,0037 37,75 0,0004
Intra grupos 0,0006 6 0,0001
Total (Corr.) 0,0081 8
Año X Grupos
homogéneos
2018 0,39 a
2013 0,43 b
2008 0,46 b
Hembras
FV SC gl CM Coeciente – F P
Entre grupos 0,0098 2 0,0049 4900,00 0,0000
Intra grupos 0,000006 6 0,000001
Total (Corr.) 0,009806 8
Año X Grupos
homogéneos
2018 0,56 a
2013 0,59 b
2008 0,64 c
La tabla 3 muestra las concentraciones bioacumuladas de metales en las branquias de la especie biomonitor donde no
hubo diferencias estadadísticamente signicativas (tabla 4).
Ecotoxicology as a predictive tool
169
Tabla 3. Concentración promedio de metales (ug·g-1) / entre los sexos / año.
Sexo Metal 2008 2013 2018
Macho–Hembras Pb 0,04 ± 0,01 0,03 ± 0,02 0,04 ± 0,02
Cd 16,44 ± 0,017 16,77 ± 0,011 16,78 ± 0,008
Tabla 4. Anova (Análisis de Varianza) / bioacumulación de metales / sexo. FV = Fuentes de variación. SC = Suma de
cuadrados. gl = grados de libertad. CM = cuadrado medio. F = Estadísticos de Fisher del ANOVA. P = probabilidad.
Pb
FV SC gl CM Coeciente – F P
Entre grupos 0,0002 2 0,0001 1,00 0,42
Intra grupos 0,0006 6 0,0001
Total (Corr.) 0,0008 8
Cd
FV SC gl CM Coeciente – F P
Entre grupos 0,222289 2 0,111144 3,51 0,09
Intra grupos 0,189867 6 0,0316444
Total (Corr.) 0,412156 8
DISCUSIÓN
La predicción del riesgo ambiental sobre los ecosistemas
acuáticos desde el punto de vista ecotoxicológico ha sido
medida mediante modelos informatizados (Chapman
& Riddle, 2003; Patlewicz & Fitzpatrick, 2016), uso
de índices (López et al., 2016) y bioensayos (Fahd et al.,
2014; Sadeghi & Hedayati, 2014; Malaj et al., 2016).
Sin embargo, estas mediciones de forma independientes,
quizás limiten algunas interpretaciones sobre la calidad
ambiental sostenible de los recursos acuáticos.
En ecotoxicología acuática, el uso de organismos naturales
como los peces, permiten evaluar la calidad histórica
de los sistemas (Heidary et al., 2012; Hamza, 2014;
Çiftçi et al., 2015) siendo relevante, si esta aplicación
se basa en condiciones de biomonitoreo (AbdAllah,
2017), ya que los peces posibilitan estimar, el impacto
y consecuencia de la exposición (Baptista et al., 2013;
Marcato et al., 2014; Bianchi et al., 2015; Adeogun et
al., 2016; Alegre et al., 2018; Tomailla & Iannacone,
2018). Cualquier cambio biológico expresado a cualquier
nivel señala, posible alteración ocasionada por actividades
antropogénicas. Cada nivel de respuesta, es un indicador
del riesgo ecotoxicológico al que está siendo expuesta,
alguna población (Manrique et al., 2013).
Argota & Iannacone (2017) indicaron que en
biomonitores pueden determinarse respuestas
bioquímicas, siológicas, morfológicas, conductuales,
inmunológicas entre otras; pero lo signicativo para
medir el riesgo de perturbación ambiental deberá usarse
de forma permanente el(los) biomarcador(es) más
sensible(s) como criterio dedigno de monitoreo sobre
el peligro expresado por el contaminante expuesto. En
este sentido, el uso de cualquier respuesta, constituye un
biomarcador de información cualitativa y cuantitativa
para describir la exposición.
En este estudio, uno de los biomarcadores de efecto en
peces que se utilizó fue el factor K, el cual relaciona la
longitud y el peso (Cifuentes et al., 2012), donde se permite
cierta medida del crecimiento y estado de nutrición de
los peces. Cuando existe poca disponibilidad alimentaria,
puede evidenciarse una declinación paulatina en el factor
K siendo de igual modo referido por Felipa et al. (2016).
El factor K fue disminuyendo desde el 2008 hasta el 2018
expresando perturbaciones sobre la calidad ambiental del
ecosistema San Juan. Ante las perturbaciones ambientales
de los ecosistemas acuáticos, las branquias de los peces
son sitios principales de expresión (Van der Oost et al.,
2003) y su evaluación temprana representa una imagen
integrada y ecológicamente signicativa del impacto
de contaminantes como la exposición biodisponible a
metales en el tiempo (Jonge et al., 2015).
En el estudio, no hubo diferencias signicativas (p<0,05)
entre las concentraciones promedio (estimada entre
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machos y hembras) de Pb y Cd desde el 2008 hasta el
2018 lo que evidenció, persistencia y estado biodisponible
ambiental. Cuando los metales se encuentran en este
estado pueden ocasionar daños irreversibles y afectar
determinada respuesta biológica.
Los biomarcadores señalaron que, existió limitada
estabilidad ambiental en el tiempo y por ende; poca
sostenibilidad como recurso ecosistémico para el San
Juan donde cada análisis se basó en los preceptos de la
ecotoxicología.
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