Le cozze vengono usate per controllare la qualità dell’acqua: ecco come e quali sono i vantaggi

L'acqua è una risorsa preziosa, ma spesso viene minacciata dall'inquinamento. Gli ambienti acquatici subiscono frequentemente, infatti, lo sversamento di inquinamenti chimici derivanti da scarichi industriali o anche da deposizione atmosferica e da deflusso agricolo. È fondamentale monitorare e proteggere le fonti d'acqua potabile da queste contaminazioni, che possono essere imprevedibili e causare gravi rischi per la salute umana, ma individuare questi pericoli in tempo non è sempre facile. Per questo motivo sono stati sviluppati  sensori appositi per monitorare il livello di salute delle acque. I metodi convenzionali basati su sensori fisici e chimici sono costosi e spesso inefficaci nel rilevare eventi di inquinamento improvvisi o sostanze chimiche impreviste in tempi brevi. I bioindicatori, come i bivalvi (come per esempio cozze e vongole), invece, forniscono un monitoraggio continuo, efficace ed immediato: filtrano grandi quantità d’acqua, sono estremamente sensibili a una vasta gamma di inquinanti e i loro effetti tossici in brevissimo tempo e reagiscono in tempo reale a qualsiasi cambiamento. Tra questi, le cozze d’acqua dolce sono particolarmente utilizzate per il biomonitoraggio grazie alla loro capacità di accumulare e segnalare la presenza di contaminanti, rendendole preziose sentinelle ecologiche per la qualità delle acque interne. Insomma, la natura stessa ci offre un sistema di allarme sofisticato, aiutandoci a proteggere l’acqua e, di conseguenza, la nostra salute.

Le cozze: i bivalvi utilizzati come biosensori della qualità dell'acqua

Per un monitoraggio ottimale delle acque sono stati sviluppati sistemi biologici di allerta precoce (Biological early warning systems – BEWSs), per fornire un’identificazione rapidissima delle variazioni negative della qualità dell’acqua, delle vere e proprie "sentinelle naturali". I molluschi bivalvi più utilizzati e ideali per il biomonitoraggio delle acque sono le cozze (Mytilus spp.).

Quest'ultime sono particolarmente adatte per i BEWSs perché:

• Hanno una elevata capacità di filtrazione dell’acqua, il che le rende molto sensibili agli inquinanti.
• Possiedono una lunga aspettativa di vita, permettendo un monitoraggio a lungo termine.
• Hanno una ampia distribuzione geografica e facilità di manipolazione.
• Forniscono una diversità di risposte fisiologiche e comportamentali agli inquinanti.

Come si monitorano le bivalvi

I parametri (metriche) principali di cui si tiene conto nel monitorare l'attività dei bivalvi utilizzate nei BEWSs sono soprattutto i movimenti delle valve e l'attività cardiaca. Sono tutte metriche assolutamente innocue per i bivalve, non invasive e a basso consumo energetico. Entrambe le tecnologie permettono di raccogliere dati in tempo reale, migliorando la capacità di rilevare inquinanti e prevenire disastri ambientali. Ci sono poi altri comportamenti dei bivalvi meno studiati, ma promettenti, che includono la crescita e dissoluzione del guscio, il rilascio prematuro di uova o larve, e i movimenti orizzontali o il sotterramento.

Movimenti delle valve

I movimenti delle valve sono uno degli indicatori più affidabili e facili da misurare per il biomonitoraggio: basti pensare che i BEWSs basati su questa metrica esistono già su scala commerciale e sono utilizzate da vari Paesi. Vengono rilevati principalmente tramite tecniche elettromagnetiche, e forniscono informazioni sulla chiusura o sulla apertura delle valve in risposta a stress ambientali.

In condizioni normali, le valve rimangono socchiuse per permettere la respirazione. Si aprono e chiudono in risposta a diversi fattori ambientali. Le variazioni nei movimenti possono indicare esposizione a sostanze tossiche, per esempio:

• la chiusura prolungata delle valve è una risposta alla presenza di metalli pesanti (come mercurio e rame), pesticidi e altri agenti inquinanti, poiché questi organismi chiudono completamente le valve per proteggersi ed evitarne l'assorbimento. La chiusura può durare da pochi minuti a diverse ore, a seconda della concentrazione dell'inquinante.
• Il flapping (movimento rapido di apertura e chiusura) indica stress chimico. È il momento in cui i bivalvi tentano di eliminare rapidamente sostanze nocive dal proprio organismo.
• Se le valve restano aperte è per filtrare l’acqua e catturare particelle nutritive, tuttavia l'apertura eccessiva è segno di morte imminente. Può essere una risposta alla carenza di ossigeno (ipossia) o a esposizioni prolungate a sostanze tossiche.

Le tecniche per monitorare i movimenti delle valve includono sensori a induzione elettromagnetica, cioè interruttori magnetici che registrano lo stato aperto o chiuso delle valve (ogni bivalve è equipaggiato con un piccolo magnete su una valva e un sensore sull’altra, quando le valve si aprono e si chiudono, il campo magnetico cambia e il sensore registra il movimento). Oppure vengono utilizzate fibre ottiche, cioè vengono posizionate due bobine su ciascuna valva, quando le valve si avvicinano o si allontanano, si genera un segnale elettrico proporzionale alla loro distanza. Infine può essere utilizzata la triangolazione laser, tecnica in cui un laser viene proiettato sulla valva e un sensore misura la luce riflessa: quando le valve si aprono e si chiudono, il riflesso cambia e viene registrato.

Monitoraggio dell'attività cardiaca delle cozze

L’attività cardiaca è un altro potente indicatore dello stato di salute del bivalve. Infatti, le alterazioni del battito cardiaco possono rivelare esposizione a sostanze tossiche.

• La bradicardia, cioè il rallentamento del battito è una risposta tipica a inquinanti come il rame.
• La tachicardia, cioè l'aumento del battito è una risposta compensatoria a stress ambientali.
• L'arresto cardiaco temporaneo è invece frequente in condizioni di ipossia o esposizione tossica.

Tra le tecniche per rilevare l'attività cardiaca troviamo una tecnica dal nome spaventoso: la fotopletismografia a infrarossi, nella quale vengono applicati dei sensori sul guscio del bivalve sopra la regione cardiaca. Durante il battito cardiaco, la forma e il volume del cuore cambiano, modificando la quantità di luce riflessa. Queste variazioni vengono convertite in un segnale elettrico che può essere analizzato in tempo reale per determinare il battito cardiaco.

Ci sono poi tecniche ottiche alternative (laser e imaging a ultrasuoni o risonanza magnetica), nelle quali un laser a bassa potenza viene puntato sulla zona cardiaca del bivalve: il riflesso della luce viene catturato da un sensore ottico e analizzato. Le variazioni nella posizione del riflesso indicano il movimento del cuore e permettono di misurare il battito cardiaco.

Alternative e sviluppi futuri del controllo dell’acqua con le cozze

Per ottenere il massimo risultato, vi è sicuramente la necessità di integrare più metriche di misurazione contemporaneamente, ma anche di sviluppare nuove tecnologie per ridurre l’impatto sulle specie monitorate. Alcune direzioni future possono essere, per esempio:

• l'utilizzo di bivalvi non attrezzati (senza alcun dispositivo), con rilevamento tramite tecniche di telemetria acustica.
• l'implementazione di algoritmi avanzati per distinguere risposte naturali da quelle indotte da contaminanti
• il monitoraggio di più specie contemporaneamente per una valutazione più completa della qualità dell’acqua
• l'applicazione dei BEWSs per migliorare la sostenibilità dell’acquacoltura e proteggere le popolazioni di bivalvi a rischio.

Un esempio virtuoso di biomonitoraggio

Tra i tanti esempi, emblematico è quello dell'acquedotto di Varsavia. Qui il biomonitoraggio è una risorsa che assicura la qualità e la sicurezza dell’acqua potabile. Le cozze impiegate sono quelle appartenenti alla specie delle cozze fluviali a margine tagliente (Mytilus galloprovincialis).

Prima di entrare in azione, le cozze vengono raccolte dai laghi della Wielkopolska e portate in laboratorio, dove vengono selezionate e fatte adattare ad un nuovo ambiente per prepararle al loro ruolo di sentinelle ambientali. Successivamente vengono inserite nel sistema di monitoraggio dell’acquedotto, dove per tre mesi lavorano silenziosamente. Dopo tre mesi di "lavoro" all’Acquedotto di Varsavia, le cozze tornano a casa, nei laghi della Wielkopolska, da dove sono state prelevate. Qui riprendono la loro vita naturale, contribuendo all’equilibrio dell’ecosistema e potendo vivere ancora per molti anni, a volte persino decenni.

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