Il bioaccumulo si riferisce alla capacità di determinati organismi (piante, animali, funghi, microbi) di assorbire e concentrarsi in tutto o in parte del loro corpo (parte viva o inerte come la corteccia o il legno dell'albero, il guscio della muffa , il corno , ecc.) alcune sostanze chimiche , facoltativamente rare nell'ambiente ( oligoelementi utili o essenziali o tossici collaterali).
Nello stesso organismo tale capacità può variare notevolmente in base all'età e allo stato di salute, oppure in base a fattori esterni (stagione, contenuto nutritivo del mezzo , pH o vari cofattori (sinergie o simbiosi con un'altra specie ad esempio). specie, gli individui possono per ragioni genetiche essere più o meno accumulatori, ma in generale certi generi o gruppi sono noti per essere degli ottimi bioaccumulatori.Nei funghi (che spesso sono dei buoni bioaccumulatori), è il caso ad esempio dell'agarico per il mercurio , del piombo , cadmio e selenio .il selenio è anche grande accumulato dai funghi del genere Albatrellus o Amanita Amanita muscaria .
Organismi apparentemente simili nella loro dieta (es: cozze e ostriche ), nello stesso ambiente e in condizioni comparabili, accumulano metalli in modo molto diverso. Ad esempio, IFREMER ha stimato nel 2002 che per le specie comuni, il rapporto di bioaccumulo tra ostriche e cozze è di circa 25 per argento (il che significa che l'ostrica ne accumula in media 25 volte di più), 0,5 per nichel e cobalto e 1 per vanadio .
In ambienti inquinati o naturalmente ricchi di determinate sostanze tossiche bioaccumulabili, il bioaccumulo di prodotti tossici può colpire l'individuo e la specie, ma non necessariamente (ad esempio licheni e funghi possono accumulare grandi quantità di radionuclidi e metalli tossici per gli animali senza apparentemente soffrire significativamente di essi stessi; in realtà i metalli possono poi influenzare la buona germinazione delle spore o la qualità delle simbiosi sviluppate con le piante). Questa capacità può essere rafforzata in determinati contesti ( terreni acidi, suolo inquinato, piogge acide , ad esempio, che aumentano più o meno la mobilità e la biodisponibilità di radionuclidi, oligoelementi metallici e metalloidi tossici come l' arsenico ). Nell'ambiente acquatico (acqua dolce, salmastra, di estuario o di mare), è il sedimento che svolge il ruolo del suolo intrappolando più o meno o trasformando le tossine che riceve o che contiene naturalmente.
Anche la forma chimica del prodotto è importante. Ad esempio il mercurio viene assorbito diversamente a seconda che sia sotto forma di mercurio metallico o sotto forma di mercurio metilato , e in questo caso conta anche la natura del suolo (pH, capacità di scambio ionico, complessi organoumici, ecc., come è stato dimostrato nell'ambiente delle miniere di mercurio.
Le specie che si accumulano maggiormente a livello trofico sono spesso organismi filtratori o funghi, che con il loro tessuto sotterraneo prospettano un grande volume di suolo. Possono anche intercettare alcune delle sostanze chimiche o degli elementi presenti nelle piogge, derivanti dalla lisciviazione dell'atmosfera da parte di quest'ultima ( ad esempio il radiocesio del fallout di Chernobyl ). Poi si verifica un altro fenomeno nella rete trofica , è la bioconcentrazione .
I problemi di salute ambientale compaiono quando si tratta di specie consumate dalla selvaggina , dalle risorse ittiche , dal bestiame o dall'uomo.
Pertanto, il contenuto di ferro , calcio o residui di plastica ( ftalati ) nei tessuti dei pesci della Senna , ad esempio, è immensamente maggiore (10, 100 o 1000 volte di più) rispetto ai livelli di ferro, calcio o ftalati misurati in l'acqua della Senna. Per il ferro o il calcio, il bioaccumulo può essere uno dei meccanismi fisiologici che mantengono in salute i pesci; questo è particolarmente vero se i pesci riescono a controllare il loro contenuto di queste sostanze eliminandole se sono troppo presenti ( omeostasi ). Il bioaccumulo di ftalati, invece, riguarda la tossicità ambientale : non servono agli organismi viventi, nel migliore dei casi interferiscono con essi (devono essere eliminati), nel peggiore lo intossicano o ne pregiudicano le capacità riproduttive o quelle di suoi discendenti ( interferente endocrino ).
Alcune sostanze non degradabili o scarsamente degradabili sono persistenti negli organismi viventi ( biopersistenza ) perché non vengono metabolizzate. La loro possibilità di accumulo è tanto più importante in quanto gli organismi non hanno altra alternativa che eliminarli (processo lungo) o immagazzinarli.
La tossicità di una sostanza a volte dipende dalla sua capacità di accumularsi nell'organismo. Alcune sostanze bioaccumulate da piante, animali ed esseri umani sono note per essere tossiche, cancerogene , teratogene o che inducono morte, infertilità, malformazioni, ecc. È il caso del benzo[a]pirene (della classe degli idrocarburi policiclici aromatici ), dei policlorobifenili , degli interferenti endocrini , del piombo e di altri metalli presenti nell'ambiente a causa dell'inquinamento.
Il bioaccumulo avviene attraverso il cibo degli organismi e in tutta la rete alimentare . Naturalmente, più lunga è la catena trofica, maggiore è l'accumulo e maggiore è il rischio di effetti deleteri. I predatori, localizzati nelle parti terminali delle catene alimentari, sono quindi particolarmente vulnerabili a questo tipo di inquinamento , e la loro presenza è indice di una qualità soddisfacente dell'ambiente in cui hanno svolto la maggior parte della loro crescita. Non è raro osservare un fattore di bioaccumulo dell'ordine di 100.000.Cozze e ostriche possono concentrare da 700.000 volte a 1 milione di volte sostanze praticamente non rilevabili in mare, oligoelementi nel caso dei frutti di mare, iodio o tossici nel caso di piombo , mercurio o cadmio per esempio.
Il rischio che un inquinante bioassimilabile venga bioconcentrato da una specie non è generalmente legato all'importanza quantitativa della presenza del contaminante nell'ambiente. Molto spesso esiste una relazione inversa tra i fattori di bioconcentrazione (BCF) e l'esposizione di un animale o di una pianta a un elemento (inquinante o oligoelemento).
Mentre accumulano un composto, alcuni organismi possono anche trasformarlo. Ad esempio, i macrofunghi possono accumulare forme organiche di mercurio (metilmercurio) ma anche, come i batteri nei sedimenti, trasformare il mercurio inorganico in mercurio organico molto più tossico e bioassimilabile.
Molti animali filtratori (crostacei bivalvi, tra cui ostriche e cozze) o bioconcentratori come i funghi sono alimenti ricercati; quando vengono raccolti in ambienti naturalmente ricchi di metalli o inquinati dall'uomo, sono una fonte di elementi indesiderati o tossici nel cibo umano. I funghi possono concentrare quasi tutti i metalli e metalloidi, con capacità di concentrazione variabili a seconda della specie e del contesto.
Per quanto riguarda gli ETM tossici, il rischio è particolarmente elevato nelle regioni industriali, intorno alle fonderie e nelle aree dismesse ereditate dalla metallurgia e dalle miniere. Ciò è stato dimostrato ad esempio per lo sfruttamento di piombo, cadmio, mercurio e rame
Il bioaccumulo di composti tossici può portare a catastrofi, come nel caso della sindrome dell'isola di Guam (bioaccumulo e bioconcentrazione naturale di una tossina prodotta da un batterio fotosintetico) e nel caso della malattia di Minamata (bioaccumulo e bioconcentrazione di mercurio industriale metilato) che ha colpito migliaia di esseri umani; morto o gravemente avvelenato dal mercurio. Quest'ultimo era stato metilato da batteri quindi altamente concentrati nella catena alimentare dei pesci evolvendosi a valle degli effluenti inquinati dall'impianto di Minamata .
Il bioaccumulo può esacerbare notevolmente gli effetti (positivi o negativi) della bioturbazione . Questi due processi combinati giocano un ruolo fondamentale all'interno della biosfera e dei cicli biogeochimici .
I POP ( inquinanti organici persistenti ) rientrano nella categoria delle sostanze bioaccumulate molto tossiche per gli organismi viventi e più in particolare per l'uomo.
Alcuni organismi noti per l'accumulo di inquinanti sono o potrebbero essere utilizzati come bioindicatori o per la biovalutazione ambientale ( biomonitoraggio ). Per esempio :