Un bioindicatore (o bioindicatore ) è un indicatore costituito da una specie vegetale , fungina o animale o da un gruppo di specie ( gruppo eco-sociologico) o gruppo vegetale la cui presenza o stato fornisce informazioni su determinate caratteristiche ecologiche (es. fisico-chimiche, pedologiche, microclimatiche, biologiche o funzionali) dell'ambiente o sull'impatto di determinate pratiche.
Una specie sentinella , detta anche sentinella ecologica , reagisce rapidamente ai cambiamenti delle condizioni ambientali. A causa di questo sensibile carattere di bioindicatore, questa specie viene spesso scelta per studi di biomonitoraggio (diagnosi ambientale, monitoraggio ecologico degli ambienti, in particolare come mezzo di allarme di degrado mesologico ).
L'idea che la qualità del paesaggio e la ricchezza di alcune specie vegetali o animali indichino una qualità complessiva dell'ambiente non è nuova. J. Perrève, già procuratore e giudice del re, scriveva nel 1845 : “La natura ha piantato in tutti i luoghi del globo le piante adatte al cibo dei suoi abitanti; e dalla ricchezza del regno vegetale dipendono privatamente tutte le esistenze animali” . Ha chiaramente stabilito un legame di dipendenza tra fauna e flora.
L'uso razionale e scientifico della bioindicazione è tuttavia recente, con in particolare la biovalutazione ambientale (monitoraggio dello stato dell'ambiente, o dell'efficacia di misure compensative o riparative).
Nel 1974, H. Ellenberg ha ideato valori indicatori numerici delle preferenze ecologiche di una pianta. Nel 1977 E. Landolt modificò il metodo: i primi fattori riguardavano il suolo: umidità media, acidità o basicità (pH), contenuto di nutrienti azotati, contenuto di humus, struttura e aerazione, salinità; le seguenti sono luce, temperatura media, continentalità (variazioni di temperatura e umidità) e tipo biologico.
Il principio è osservare gli effetti biologici o ecosistemici , a livello dell'individuo e/o delle popolazioni o degli ecosistemi (a livello della biosfera o eventualmente di grandi biomi ).
Questi effetti devono essere misurabili attraverso l'osservazione di vari gradi di alterazioni morfologiche, comportamentali, tissutali o fisiologiche (crescita e riproduzione), che portano in casi estremi alla morte di questi individui o alla scomparsa di una popolazione.
Ogni specie o gruppo di specie ha un biotopo primario. Sappiamo ad esempio che:
Alcuni bioindicatori sono anche biointegratori ; possono essere doppiamente utili nei programmi di biomonitoraggio .
Le specie bioindicatrici possono fornire informazioni sull'ecosistema . Così, per esempio, la presenza di terreno coleotteri , diplopodi e staphylins indica un edafico microclima . Nella foresta di Fontainebleau, la scarsa presenza di specie aeree è caratteristica delle radure recenti ed è spiegata da un insufficiente apporto di lettiera. Alcune specie sono bioindicatori di depositi metalliferi , come la Buchnera cupricola , che è resistente a concentrazioni molto elevate di rame (vedi metallofiti ).
Le specie bioindicatrix consentono inoltre di diagnosticare cambiamenti ambientali legati all'attività umana. Esistono bioindicazioni di fenomeni antropici (diminuzione della popolazione di lombrichi a seguito di arature profonde); bioindicazioni dell'inquinamento atmosferico (riduzione del numero di ragni , ad esempio, nelle aree dove cadono i fumi industriali); e bioindicazioni biotossicologiche (un noto esempio storico è la morte di migliaia di svassi in un lago della California, Clear Lake , a seguito di un'applicazione di DDD negli anni 1940-1950).
Indicazione biologica sulla qualità dell'aria è l'uso di organismi sensibili a un dato inquinante con effetti visibili macroscopicamente e microscopicamente, per valutare la qualità dell'aria . Ciò fornisce informazioni semi-quantitative sulla contaminazione atmosferica e consente di valutare direttamente gli impatti ambientali degli inquinanti.
L'osservazione di organismi bioindicatori integra generalmente i dispositivi di misurazione automatica o guida la scelta delle molecole da analizzare.
EsempiLa bioindicazione della qualità dell'acqua è l'uso di organismi sensibili a un determinato inquinante con effetti macroscopicamente o microscopicamente visibili per valutare la qualità dell'acqua. Ciò fornisce informazioni semi-quantitative sulla contaminazione dell'ambiente acquatico e consente di valutare direttamente gli impatti ambientali degli inquinanti.
EsempiPer biomonitoraggio delle acque dolci , gli anfibi , l'Odonata e invertebrati bentonici (inclusi assemblaggi oligochaete ) sono comunemente utilizzati per la bio-valutazione della qualità delle zone umide o acque e sedimenti .
Alcuni invertebrati bentonici sono ottimi bioindicatori della qualità dell'acqua dolce e possono anche essere studiati specificatamente per la valutazione delle concentrazioni di diversi metalli, metalloidi o alcuni inquinanti organici (vedi ad esempio grado saprobico ). È quindi importante determinare la via di ingresso del contaminante nel corpo. Gli individui possono assorbire le tossine dall'acqua direttamente attraverso le loro branchie e/o attraverso il cibo ingerendo la preda. L'importanza relativa di una via di ingresso varia a seconda della specie e dei contaminanti studiati e può essere ottenuta sottoponendo il bioindicatore a trattamenti diversi per la presenza del contaminante solo nell'acqua o negli alimenti. Anche il pH del mezzo è di grande importanza, l'acidificazione ad esempio facilita la circolazione dei metalli.
In un organismo, alcuni organi come i reni o il fegato o lo scheletro bioaccumulano in modo differenziato metalli pesanti o altri inquinanti (in particolare nei pesci). I metalli che entrano in un organismo possono essere assorbiti dalle metalloproteine che disintossicano i mezzi cellulari. Sono prodotti in presenza del contaminante e sono alla base del meccanismo di regolazione. I lisosomi e i pellet cellulari possono essere utilizzati anche per sequestrare questi metalli. I meccanismi variano a seconda dei bioindicatori e dei contaminanti studiati. Gli studi più recenti consentono di conoscere la partizione subcellulare dei metalli in un particolare tessuto ( fegato , branchie , intestino ), il tutto fornendo informazioni sulla natura degli inquinanti in un ambiente e sulla durata e grado di esposizione. questi inquinanti per le specie di un dato ecosistema. La presenza di mutazioni , ferite, parassitosi o degenerazioni fornisce ulteriori informazioni di interesse anche per l' ecotossicologo e l' ecologo .
I molluschi sono anche ampiamente utilizzati come bioindicatori, sia per ambienti di acqua dolce che per ambienti marini costieri. La struttura della loro popolazione, la loro fisiologia, il loro comportamento ei livelli di accumulo dei vari contaminanti nei loro tessuti possono fornire informazioni molto importanti sullo stato di salute di un ambiente e sul suo livello di contaminazione. Sono particolarmente utili perché sessili e quindi caratteristici del luogo in cui si trovano o si impiantano. Tra le applicazioni più famose, possiamo citare l' impostex o l'American Mussel Watch Program, che sono ottimi esempi di ciò che si può trovare oggi in diversi paesi.
Questi concetti, a volte confusi, presentano due differenze legate al livello di organizzazione biologica studiato e agli obiettivi perseguiti nel loro utilizzo. Da un lato, le specie bioindicatrici forniscono informazioni sui cambiamenti nell'ecosistema attraverso la loro presenza, assenza e abbondanza, vale a dire attraverso le loro dinamiche di popolazione, mentre le specie sentinella forniscono informazioni su questi stessi cambiamenti attraverso cambiamenti a livello molecolare, cellulare, fisiologico o livello comportamentale, che rivelano la loro esposizione a sostanze inquinanti (nel primo caso lo studio è a livello di popolazione del numero di individui, nel secondo caso è a livello individuale - tissutale, morfologico). Le specie bioindicatrici servono invece per conoscere un ecosistema, e non solo per misurare gli effetti dell'inquinamento; dall'altro, le specie sentinella sono mobilitate nell'ambito dell'ecotossicologia per il monitoraggio ambientale.
Gli animali possono essere utilizzati in epidemiologia per anticipare le epizoozie . Gli animali utilizzati possono essere in cattività o selvatici e le specie utilizzate devono soddisfare diversi criteri per essere utilizzabili:
È anche possibile eseguire analisi su cadaveri di uccelli.
Questa tecnica ha una buona sensibilità. Nel caso della febbre del Nilo occidentale , i siti sentinella in cattività della Camargue sono stati in grado di rilevare l'attività del virus responsabile nel 2001 e nel 2002, sebbene non abbia colpito le popolazioni a rischio e nel 2004, la sua attività potrebbe essere prevista prima che colpisse i cavalli.
L'uomo, lo sperma , la fertilità umana, la vita media , il tasso di tumori (e la loro natura) o il tasso di altre malattie possono essere tra le batterie di indicatori che valutano lo stato dell'ambiente .
Sono i più oggettivi “integratori naturali” di uno stato ambientale e quindi degli impatti delle attività umane combinati con possibili rischi naturali “bio-geo-climatici”, il che alla fine li rende più facilmente discutibili. Il vantaggio è che riflettono una realtà biologica. Possono confermare o smentire gli indici di performance. Il rovescio della medaglia è che a volte sono frustranti per l'utente, perché se evidenziano un problema e i suoi sintomi, non indicano con certezza (prima di un esperimento di conferma) le cause (spesso multiple).
I bioindicatori non sono un'aggregazione di indicatori misurati. Integrano naturalmente l'estrema complessità, le sinergie e le inerzie proprie degli ecosistemi.
Molti attori che potrebbero essere responsabili del degrado ambientale negheranno quindi facilmente la loro responsabilità. Tuttavia, la bioindicazione è utile o necessaria per molti protocolli di valutazione e talvolta per l'applicazione del principio di precauzione .
La Commissione Europea nel 2007, dopo quattro anni di discussioni sul tema “ Salute-Ambiente ”, ha convalidato un progetto pilota di biomonitoraggio nell'uomo.
Dopo una fase di ricerca scientifica e validazione, lo sviluppo dell'utilizzo della bioindicazione da parte di AASQA e di reti di vigilanza ambientale da parte di industriali, servizi statali, e il fatto che utilizza materiale vivo per ottenere informazioni (qualitative e talvolta quantitative) sullo stato di l'ambiente porta gli attori a produrre protocolli sempre più standardizzati in modo che siano utili per tutti, anche in campi più recentemente esplorati come la qualità dell'aria indoor, la salute ambientale ( biomonitoraggio umano ) o l'uso educativo della bioindicazione.
Per l'acqua, in Europa, il quadro minimo è quello della WFD , declinato nel 2010 in Francia con un decreto che specificava metodi e criteri per la valutazione dello stato ecologico , dello stato chimico e del potenziale ecologico delle acque superficiali.
La bioindicazione è stata oggetto di progressi sintetizzati nel 2013 dall'ONEMA in una guida pubblicata nel 2013. Le regole di valutazione della qualità dell'acqua stabilite ingennaio 2010si applicano solo al primo ciclo di valutazione della direttiva quadro sulle acque (2010-2015). Si evolveranno poi per il secondo ciclo DCE (2016-2021) con intercalibrazione e migliore rilevanza e "DCE-compatibilità" dei metodi di bioindicazione integrando il progresso della conoscenza degli impatti e delle pressioni antropiche sulla risorsa.
Numerose sono anche le guide destinate ad armonizzare la diagnosi ambientale (comprese ad esempio le procedure di campionamento delle piante.
La fitosociologia è stata inizialmente allegata per descrivere e denominare le associazioni vegetali caratteristiche degli habitat naturali, fornendo un quadro per la bioindicazione da parte delle piante. Rilevando poi che mancava un equivalente per le piante alimentari e medicinali , il botanico francese Gérard Ducerf si impegnò ad elencare e descrivere le piante bioindicatrici di campi e prati, per aiutare gli agricoltori (o giardinieri) a valutare lo stato e le caratteristiche della loro suoli, la storia di questi suoli e le loro esigenze e potenzialità agroecologiche; o le condizioni per l'innalzamento della dormienza dei semi, basate sull'osservazione di piante che vi vivono spontaneamente.