Lo studio degli elementi in tracce, tra cui alcuni metalli pesanti particolarmente tossici come mercurio (Hg), cadmio (Cd) e piombo (Pb), sono state avviate negli anni ’70 ed hanno avuto un ampio sviluppo grazie alle attività di ricerca di ecologi e studiosi costituitosi nell’allora Dipartimento di Scienze Ambientali, successivamente anche integrato nel Dipartimento di Scienze Fisiche, della Terra e dell’Ambiente. Questi elementi compongono la crosta terrestre e la loro mobilizzazione può essere innescata sia da fenomeni naturali quali il weathering delle rocce, le eruzioni vulcaniche ma anche da fenomeni indotti dall’attività antropica, tramite i processi chimico-industriali, l’agricoltura intensiva, l’utilizzo di combustibili, l’incenerimento di rifiuti, la produzione energetica, la metallurgia e le estrazioni minerarie. L’utilizzo ed immissione nell’ambiente può portare a fenomeni di contaminazione a livello locale e, a seguito di fenomeni di trasporto a lunga distanza, tali elementi possono essere rilevati in aree anche molto lontane dai siti di emissione.
Le attività di ricerca riguardano quindi sia processi naturali e/o fisiologici che quelli legati alle alterazioni provocate dalle attività antropiche e sono rivolte allo studio delle interazioni con gli organismi e alla valutazione della presenza e diffusione nei differenti comparti ambientali.
Biomonitoraggio di elementi in tracce in aree a differente impatto (industriali, urbane, agricole e naturali)
La valutazione degli elementi in tracce bioaccumulati dagli organismi sia animali che vegetali, viene sempre più spesso utilizzata come tecnica di indagine in affiancamento alle classiche metodologie di rilevamento basate sull'analisi chimico-fisica nei differenti comparti ambientali consente di rilevare le variazioni spazio-temporali della contaminazione in aree soggette a differenti tipologie di impatto come le aree industriali, urbane, agricole, minerarie, naturali e remote.
Negli anni, l’attenzione è stata rivolta in particolare a elementi tossici come il mercurio (Hg) il cadmio (Cd) ed il piombo (Pb), tuttavia anche altri elementi di interesse ecotossicologico vengono indagati tra cui, di recente interesse e sviluppo anche le ricerche su gli elementi delle terre rare (REEs).
Gli organismi vegetali, inoltre, vengono ampiamente utilizzati per la loro capacità di intercettare ed intrappolare contaminanti derivanti dalla deposizione atmosferica fornendo informazioni utili allo studio di questo comparto ambientale, alla implementazione di sistemi informativi territoriali e alla produzione di elaborati cartografici specifici.
Ecofisiologia degli elementi in tracce in vertebrati marini
Per poter sopravvivere con i naturali elevati livelli di mercurio presente nella dieta (ittiofagi), alcune classi di vertebrati marini, hanno evoluto dei sistemi in grado di mantenere le concentrazioni di ioni metallici liberi nelle proprie cellule sotto certi limiti tali da contenere o annullare eventuali danni, attuando strategie fisiologiche di escrezione regolata, detossificazione e compartimentalizzazione interna.
Le ricerche su questi organismi permettono di ottenere informazioni riguardo la differente distribuzione dei metalli pesanti nelle reti trofiche, nelle differenti classi di vertebrati (Mammiferi, Uccelli, Pesci), negli specifici sistemi biologici, oltre che riguardo i meccanismi fisiologici che ne limitano l’eccessivo accumulo e/o la tossicità.
Le metodologie analitiche si basano sulla spettrometria atomica in assorbimento e/o emissione utilizzando la strumentazione disponibile presso il Laboratorio di Ecofisiologia ed Ecotossicologia degli Elementi in Tracce (sezione Scienze Ambientali, via P.A. Mattioli, 4 Siena).
Un focus di approfondimento viene anche rivolto ai metodi per la stima della biodisponibilità degli elementi con valutazione della bioaccesssibilità attraverso metodi estrazione sequenziale per i sedimenti ed attraverso metodi di simulazione in vitro della digestione gastrico-intestinale su tessuti e/o materiali costituenti la dieta di specifici organismi.
Nel corso degli ultimi decenni, vari progetti di ricerca e collaborazioni scientifiche sull’argomento hanno portato alla produzione di vari contributi a congressi ed in riviste nazionali ed internazionali sul tema ed hanno consentito la partecipazione di numerosi studenti durante la preparazione della Tesi di Laurea.