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Resumen:
El anteproyecto plantea un
estudio basado en un problema de reciente descubrimiento: la presencia de los
contaminantes emergentes como la cocaína y sus metabolitos en los ríos, y las
repercusiones ecológicas de los mismos. Se pretende estudiar concretamente los
ríos Jarama y Manzanares, en Madrid.
Evaluaremos el ecosistema
fluvial de los ríos Jarama y Manzanares, evaluando las especies de plantas,
animales, y microorganismos asociados a estos, para determinar en ellos los
efectos metabólicos y fisiológicos que puedan presentar por la presencia de la
cocaína y los metabolitos que van a ser analizados: benzoilecgonina, ecgonina
metil éster, norcocaína y cocaetileno. Se tomarán como controles los ríos
Tajuña, para control del río Jarama; y el río Alberche, como control del río
Manzanares.
Por último, se buscará generar
mayor conocimiento sobre estos efectos, así como posibles cambios legislativos
y valorar posibles soluciones técnicas para este problema.
Introducción:
En los últimos años, gracias a
estudios de calidad de aguas, se ha detectado la aparición de contaminantes
emergentes como la cocaína y sus metabolitos. Entre los lugares estudiados en
los que se han detectado dichas sustancias en el agua, destacan la Albufera en
Valencia [1,2], el Manzanares y en el Jarama (detectados en estos ríos en
2013). Se han estudiado también los efectos dañinos que tienen sobre la flora,
afectando especialmente a los procesos de germinación [3]; y también sobre la
fauna [4]. Aunque el mayor efecto es el que sufren la flora y los
microorganismos, el problema se agrava dado que estas sustancias pueden
transmitirse a lo largo de la cadena trófica y extenderse por el ecosistema
[5,6].
En el río Manzanares y en el Jarama
[7] se han encontrado las más elevadas concentraciones, seguidos por el Ebro y
el Llobregat; según indican estudios previos en España.
Objetivos:
Nuestro principal objetivo es
llevar a cabo una investigación básica para determinar los efectos que la
cocaína y sus metabolitos como la benzoilecgonina, la ecgonina metil éster, la
norcocaína y el cocaetileno tienen sobre los ecosistemas de 2 ríos: Jarama y
Manzanares [8].
Como objetivo secundario, se
pretende generar más conocimiento acerca de los daños que dichos contaminantes
provocan al ecosistema y al ser humano, ya sea de modo directo o indirecto; así
mismo se busca concienciar a la población y a las autoridades de la amenaza a
la salud y al medio ambiente que este problema supone.
Igualmente, a la luz de los
resultados de la investigación, podría proponerse (si fuese necesario) una
reforma de la legislación de eliminación de residuos farmacológicos o de
drogas.
Hipótesis previas:
Apoyándonos en los pocos
estudios precedentes sobre este tema, se parte de la hipótesis de que la
presencia de cocaína y algunos de sus metabolitos en los ríos tiene efectos
significativos sobre el ecosistema. Presumiblemente esto puede suceder en los
ríos Jarama y Manzanares, bien sea sobre la fauna, la flora o los
microorganimos, ya que los contaminantes afectarían a la cadena trófica, de
modo que con que uno estuviese dañado, afectaría a los demás [9,10]. Dado que
es una cuestión incipiente, son pocos los estudios previos. Encontramos casos
de problemas en la germinación de las plantas debido a la presencia de estos
metabolitos: benzoilecgonina, ecgonina metil éster, norcocaína y cocaetileno,
por ello las plantas se someterán a un estudio fisiológico y metabólico.
Mediante las observaciones de
los organismos más característicos y representativos de los distintos taxones
animales y vegetales (los que sean mejores indicadores según la búsqueda y el
criterio de los expertos) en los ecosistemas fluviales de estos ríos, y
mediante los pertinentes análisis in situ y en laboratorio, esperamos obtener
resultados acerca de cómo afecta la cocaína y sus metabolitos a los seres vivos
cuando se liberan dichos contaminantes a las redes fluviales.
En última instancia, tendremos
en cuenta dónde hay más consumo, suponiendo que es allí seguramente donde hay
mayor vertido de sustancias como la benzoilecgonina y otros derivados de la
cocaína; no obstante, si se aprueba el proyecto pediremos una lista verificada
por la policía y la Agencia Estatal Antidopaje, para corroborar cuáles son los
puntos geográficos más importantes en este sentido, y evitar así que provoquen
alteraciones indebidas en nuestras estimaciones. Según los estudios realizados
hasta la fecha, parece ser que podríamos encontrar una mayor contaminación por
estas sustancias cerca de la Cañada Real Galiana (Río Jarama) y la zona de
Moncloa - Ciudad universitaria (Río Manzanares). Por otro lado, del Tajuña y el
Alberche no hay antecedentes al respecto. De cara a la elección de nuestras
zonas de estudio, éstas serán revaloradas teniendo en cuenta estos datos, así
como también se tendrán en cuenta los núcleos de poblaciones cercanas (que
aumentarán en principio las concentraciones de contaminantes), así como las
depuradoras cercanas [11], que también parecen asociadas a la presencia de
mayores concentraciones de cocaína y sus metabolitos.
Estructura desglosada del
trabajo:
La estructura desglosada del
trabajo se encuentra detallada en forma de tabla, en el anexo.
Metodología:
Según los pocos estudios
previos que hasta ahora se han realizado sobre la presencia de la cocaína y sus
metabolitos en el medio (algunos ya citados en los antecedentes) y considerando
la escasa información de que se dispone actualmente sobre este tema, se ha
optado por una recogida de muestras de agua en los ríos, con intención de
correlacionar posteriormente las mayores concentraciones de estos contaminantes
emergentes con los efectos que se encuentren en el ecosistema. Se llevará a
cabo una recogida de microorganismos, de flora y fauna de los ecosistemas en
cuestión, y se realizarán observaciones del comportamiento de los animales. Y
de ser necesario, se diseccionarán y analizarán en el laboratorio. El análisis
se basará en otros estudios realizados para diversas drogas, concretamente en
estudios de la cocaína en la orina humana, utilizando la técnica de
espectrometría de masas, siendo esta técnica una forma de determinar las
concentraciones de cocaína y sus metabolitos, según lo que se ha visto en orina
humana, que también serviría para el control de las concentraciones de dichas
sustancias en el agua mediante el centro asociado y contratado SIdI [12].
El análisis de flora y fauna se
realiza en cada río: el río Jarama [4,5], río Tajuña [6], río Manzanares [13],
y del río Alberche [14]. Tomaremos muestras en múltiples puntos en cada río,
que vienen indicados en el anexo. (Ver Imagen 1 y Tabla 2). Entre otros puntos,
se realizarán las capturas y las mediciones cerca de donde vierta una
depuradora. Se estimarán las concentraciones de estas sustancias en el agua, y
se estudiará si hay alteraciones de algún tipo (anatómicas, fisiológicas,
etológicas o de desarrollo) en los organismos que se hallen en estos ríos así
como los organismos que estén relacionados más indirectamente con este
ecosistema, analizando los efectos en flora y fauna [15,16,17].
Para la consecución del
objetivo principal, se muestreará también en los ríos Tajuña y Alberche; en
varios puntos concretos en los que se presuponga que haya concentraciones bajas
de cocaína y de sus metabolitos, para realizar las mismas estimaciones y tener
así una zona de control en la que observar el estado del ecosistema fluvial sin
ser afectado por estas sustancias. El río Tajuña servirá como control del río
Jarama y el Alberche como control del río Manzanares; debido a sus ecosistemas
similares en suelo, microorganismos, plantas, etc.
Procedimiento:
Los objetivos se relacionaran a
continuación con las tareas que les corresponden para su consecución,
desarrollando así la estructura del proyecto.
El Objetivo principalà
Evaluar los daños de la cocaína y sus
metabolitos más frecuentes: benzoilecgonina, ecgonina metil éster, norcocaína y
cocaetileno; en el ecosistema fluvial de los ríos Jarama y Manzanares. Para
ello, cumpliremos los siguientes sub-objetivos:
Sub-objetivo 1à
Evaluar las concentraciones de cocaína y
sus metabolitos en el agua.
o Tarea 1.1:
Recoger las muestras de agua de los ríos Jarama y Manzanares, en determinados
puntos geográficos (distintos tramos del río).
o Tarea 2.1: Analizar dichas muestras de agua y las
concentraciones de los metabolitos de interés. De ello se encargará el SIdI.
Resultados esperados: Mediante los análisis que se realicen por
espectrometría de masas en el SIdI, se espera hallar concentraciones
relativamente elevadas de cocaína y sus metabolitos, que correlacionaremos
después con el ecosistema fluvial. Especialmente supervisado por un miembro de
la sección de Limnología del departamento de Ecología de la UAM.
Sub-objetivo 2à
Evaluar las concentraciones de cocaína y
metabolitos en la fisiología de las plantas y microorganismos que están
asociados a dichos ecosistemas mediante estudios fisiológicos.
o Tarea 2.1:Desglosada en:
§ Recogida muestras de las plantas más características
asociadas al sistema fluvial.
§ Análisis de las muestras de las plantas, con estudios
fisiológicos y metabólicos.
§ Análisis en laboratorio de la germinación de las
semillas de estas plantas, evaluando si dicho bioproceso se ve afectado a causa
de estos metabolitos. Se realizará mediante cultivos hidropónicos.
§ Análisis metabólico y fisiológico de las tres partes
de la planta: raíz, tallo y hojas; y los posibles efectos que generen los
metabolitos fisiológicamente y metabólicamente.
§ Los
organismos de estudio serán aquellos que nos recomienden los expertos de la
sección de Botánica y de la sección de Fisiología Vegetal del departamento de
Biología de la UAM. Han de ser especies indicadoras y presentes en los
ecosistemas de todos los ríos de nuestro estudio.
Resultado
esperado: Se espera encontrar concentraciones relativamente elevadas de cocaína
y/o sus metabolitos en organismos asociados directamente al río, así como se
espera detectar alteraciones u otros efectos en su desarrollo, ya sean
problemas fisiológicos o metabólicos. Se espera encontrar una relación de
causalidad entre estas supuestas alteraciones y las relativamente elevadas
concentraciones de cocaína y sus metabolitos en dichos organismos vegetales. Se
espera que se vean afectadas mayoritariamente las raíces, en la parte
estructural de absorción de nutrientes, y en la parte madura de la planta
(flores o frutos), así como en la semilla, dado que son partes de alta
actividad metabólica.
Además, se complementa con la
siguiente tarea, que incluye el estudio de los microorganismos:
o Tarea 2.2: Desglosada en los siguientes apartados:
§ Recoger
muestras de los microorganismos más característicos asociados al sistema
fluvial.
§ Análisis de los microorganismos modelo o más comunes,
y en base a ellos, realizaremos el estudio metabólico.
§ Análisis de las muestras de los microorganismos, con
estudios metabólicos.
§ Los
organismos de estudio serán aquellos que recomiende el microbiólogo de la
sección de Microbiología del departamento de Biología Molecular de la UAM.
Resultado esperado: Esperamos
encontrar daños o concentraciones elevadas en organismos asociados directamente
al río, así como los efectos que estos produzcan en su desarrollo y
metabolismo.
Sub-objetivo
3à Evaluar las alteraciones
producidas por las concentraciones de cocaína y sus metabolitos en el
comportamiento de la fauna asociada al ecosistema fluvial (estudios
etológicos).
o Tarea 3.1:
Realizar observaciones de comportamiento de estos animales fundamentales, de
modo que valoramos que están asociados al ecosistema y pueden verse afectados.
Analizando especialmente las especies más características según la opinión de
los expertos, asociados directamente con el agua. Los cuales estudiaremos
también con fisiología y metabolismo; para lo cual se ha de:
§ Determinar las zonas de captura de peces e de
invertebrados acuáticos, considerando para ello las facilidades logísticas, y
teniendo en cuenta el criterio de los expertos (zoólogo y fisiólogo animal, en
este caso). Preguntar a la gente que transita por la zona con asiduidad y a los
pescadores habituales en caso de que nuestros expertos lo crean conveniente.
§ Colocar las redes y equipos de pesca.
§ Capturar
y recolectar ejemplares, actividad supervisada por el zoólogo (J. Moreira da
Rocha, de la sección de Zoología del departamento de Biología de la UAM) y el
fisiólogo animal (M. Magariños Sánchez, de la sección de Fisiología Animal del
departamento de Biología de la UAM), quienes decidirán en base a su criterio de
expertos en la materia qué especies y qué ejemplares son las mejores indicadoras
y la más aptas para nuestro estudio, así como los estadios de su ciclo vital.
Resultados esperados:
Suponiendo que se hayan detectado alteraciones o efectos dañinos encontrados en
las plantas y microorganismos de estos ecosistemas, esperamos encontrar cambios
de comportamiento en los diversos organismos vertebrados asociados a estos
ecosistemas, así como en su metabolismo y fisiología.
Sub-objetivo 4à
Evaluar las correlaciones entre las concentraciones
de cocaína y sus metabolitos y las alteraciones observadas en los organismos
estudiados en el ecosistema fluvial.
o Tarea 4.1:
Con los resultados de las concentraciones de los metabolitos halladas en el
agua, correlacionar dichas concentraciones con los daños que encontremos en
microorganismos y plantas del ecosistema.
o Tarea 4.2: Asociar el cambio de comportamiento de la
fauna del ecosistema y/o sus alteraciones fisiológicas o del desarrollo, con
las concentraciones de los contaminantes en el agua, y con las concentraciones
en los productores primarios, que afectan a los animales y microorganismos a lo
largo de la cadena trófica.
Resultados esperados: Esperamos
encontrar alteraciones a lo largo de la cadena trófica de estos ecosistemas, ya
sea en la banda verde, la banda marrón y/o la banda azul, ya que esta última
conecta las dos anteriores. Con ayuda de nuestros expertos colaboradores.
Objetivo
secundario 1à Generar
mayor conocimiento con respecto a las consecuencias que pueden tener estos
efectos ecológicos en el ser humano de modo directo o indirecto.
o Tarea 1: A partir de las conclusiones anteriores, se
intentará estimar la interacción y los daños posibles que puede haber entre el
ser humano y el ecosistema fluvial.
Resultados esperados: Es de
esperar que cuanta mayor sea la concentración de estos contaminantes emergentes
haya más riesgos en la salud; habría que comparar estudios posteriores, para
saber más sobre la influencia de estos compuestos en nuestra propia salud
cuando son liberados al ecosistema a través de la red fluvial.
Objetivo
secundario 2à Determinar
y valorar, en base a los resultados obtenidos, los posibles cambios
legislativos o de normativa concerniente a la eliminación de estos residuos,
así como cambios o soluciones técnicas en los procesos de depuración del agua
para mitigar estos vertidos. Publicar los resultados de la investigación.
o Tarea 1: A partir de las conclusiones anteriores
revisaremos los daños, proponiendo recomendaciones o soluciones que puedan
mitigar estos efectos y proteger al ecosistema frente a estos compuestos.
Además, se realizarán cuatro publicaciones en revistas open source para
publicar los resultados de la investigación.
Resultados esperados: Se espera
acordar alguna solución legislativa con la administración, y/o encontrar
soluciones técnicas al problema.
Materiales:
Documentación: permisos de colecta pertinentes.
Material fungible de campo: formularios de campo (papel resistente al agua),
rotulador de etiquetas plásticas y lápices, bolsas de plástico de tamaño
variado (Ziploc), guantes de látex.
Material de captura y recolección: equipo portátil de pesca eléctrica, red de
enmalle de monofilamento, red de pesca Abu Garcia Fishing Nets, redes de cerco
para delimitar los tramos (para estimar abundancia), atarraya multifilamento
1,5 metros, cubos de plástico modelo C-20L, cuerdas y flotadores para fijar
transectos.
Material de medida: cintas métricas MT40 de 50m, balanza electrónica portátil
Ohaus CS5000, ictiómetro.
Material de disección de especímenes: estuche de disección con sonda acanalada,
aguja enmangada, aguja de punta de lanza, tijera recta de puntas aguda / roma
de 14cm, pinza de disección recta sin dientes de 14cm, y mango de bisturí del
nº4, papel de aluminio, tablas de madera, cajas de alfileres.
Material para fijar las muestras: solución de formol al 4-5 %, lugol (para
periodos de conservación cortos), M3: mezcla de formol, yoduro de potasio y ácido
acético glacial; material de tinción de Gram.
Otros materiales: botas de agua altas de pesca y GPS portátil (marca Canidog)
Material fungible de laboratorio y material inventariable (como pipetas, tubos
de ensayo, portaobjetos, microscopios y lupas binoculares, etc.) estarán ya
disponibles en el laboratorio.
Material de transporte:
Furgoneta alquilada.
Presupuesto:
o Personal: No
aparece reflejado, ya que se contará, aparte de los 3 promotores del
anteproyecto, con 3 doctores de la UAM, en cuyo sueldo se incluye el trabajo de
investigación.
o Transporte a
las zonas de muestreo: 4.512 €.
o Material
fungible de campo: 6.000 €.
o Material
fungible de laboratorio: 2.700 €.
o Material
inventariable: 1.800 €.
o Otros:
Servicios del SIdI: 35.040 €.
o Gastos
indirectos: 10.000 €.
o Gastos de
publicación: 12.000 €.
o Total: 72.052 €.
Cronograma:
Cronograma: Las 2 tareas
correspondientes al apartado "objetivo 1 sub-objetivo 1" nos
llevarían todo el primer año; para abordar el "sub-objetivo 2" se
necesitarían 2 años, puesto que es necesario analizar la germinación de las
semillas y realizar el análisis metabólico de los microorganismos en el segundo
año. Las tareas referentes al "sub-objetivo 4" abarcarían el tercer
año, para poder integrar el análisis de los microorganismos y de las
germinaciones al conjunto de análisis de efectos. Los 2 objetivos secundarios
se realizarían en los 2 últimos trimestres para poder globalizar los
resultados, sacar conclusiones definitivas tras haber obtenido previamente
todos los resultados y realizar publicaciones open source con los
resultados definitivos.
Marco lógico:
La finalidad del proyecto es la
investigación básica de la contaminación y daños ecológicos provocados por la
cocaína y sus metabolitos presentes en los ríos Jarama y Manzanares. Para poder
verificar la hipótesis de que efectivamente existe una relación directa entre
dichos compuestos y diversos efectos o daños sobre los seres vivos de estos
ecosistemas fluviales. Es necesario realizar una evaluación de dichas
sustancias presentes en el agua de estos ríos, y examinar la calidad
ecosistemas fluviales donde se encuentran a fin de detectar anomalías o daños
en alguno de sus componentes, ya sean especies vegetales o animales.
El estudio se basaría en el
análisis de espectrometría de masas de dichas sustancias. Gracias a las
técnicas que se emplearán, como podrían ser técnicas de depuración o eliminado,
se espera lograr el aislamiento de cocaína y metabolitos encontrados, y la
determinación de sus concentraciones en el agua de río. Una vez obtenidos estos
resultados, se necesitarían investigaciones posteriores para poder diseñar un
mecanismo de eliminación de estas sustancias. Para esto se tomarían muestras de
agua en diversos puntos de los ríos, siendo dos de ellos (Jarama y Manzanares)
ríos contaminados por estas sustancias (lo cual ya ha sido justificado anteriormente
mediante estudios anteriores), y se compararían esas concentraciones con las
que se calcularían en el agua de otros dos ríos (Tajuña y Alberche), que
servirían de control, ya que se supone que están libres de estos contaminantes
y además son ecológicamente semejantes (al menos en lo que a nuestro problema
respecta) a los otros 2 ríos objeto de este estudio.
Hay que tener en cuenta, de
cara a la toma de muestras y posterior interpretación de los resultados, se ha
de tener en cuenta la dificultad que pueden suponer diversos factores, como son
la influencia humana, la estacionalidad, las variaciones del caudal de los
ríos, las diferencias temporales de concentraciones de ciertos compuestos, y
las diferencias en las tasas de renovación de los distintos ríos.
Los beneficiarios de este
proyecto serían los habitantes de la comunidad de Madrid, especialmente las
poblaciones que se encuentran al norte con el R. Jarama, al este con el R.
Manzanares, al sur con el R. Alberche y al sureste con el R. Tajuña, sobre todo
teniendo en cuenta que estos ríos son muy importantes en el abastecimiento de
agua de la Comunidad de Madrid. Debido a la naturaleza del proyecto, se ha
juzgado conveniente solicitar la financiación al Ministerio de Economía y
Competitividad.
Permisos:
Se solicitarán los permisos
necesarios para la toma de muestras de agua a la Conferencia Hidrográfica del
Tajo: De acuerdo con la Directiva 271/91/CEE dicho organismo es el encargado de
regular la recogida, tratamiento y vertido de las aguas residuales urbanas y
las procedentes de determinadas actividades industriales; también con el Real
Decreto 484/1995, de 7 de abril, sobre medidas de regulación y control de
vertidos. Así mismo, siguiendo la Ley 10/1993, de 26 de octubre, de la
Comunidad Autónoma de Madrid que regula el vertido de líquidos industriales al
sistema integral
de
saneamiento en esta Comunidad autónoma (posible modificación según los
resultados obtenidos, para controlar estos contaminantes emergentes, para
disminuir los efectos ecológicos).
Por otro lado, la Ley 3/1988,
de 13 de octubre, para la gestión del Medio Ambiente de la Comunidad de Madrid,
en su artículo 7.2.3 atribuye a la Agencia de Medio Ambiente el ejercicio de las
competencias en materia de protección de la calidad y control de la
contaminación de las aguas; siendo este el marco legal en el que nos moveremos.
Así mismo, solicitaremos a la
Comunidad de Madrid los permisos (para muestras de organismos), y a los parques
correspondientes: Parque Regional de la Cuenca Alta del Manzanares, Parque
Regional del Sureste, para realizar nuestros estudios.
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Jueves, 23 de septiembre de 2010, 2010Available
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Este trabajo y redacción es mérito de Juan Orellana, Bioplantologo (twitter, instagram y cienciared) y yo. Espero que hayáis aprendido tanto como nosotros.
Gracias por leer. Que la ciencia y la fuerza os acompañe.
Ammu
