Biodeterioro en el entorno arqueológico de la Puerta Califal

14.1. Introducción

En visita realizada con fecha 19/04/2010 a la Puerta Califal de Ceuta, se llevó a cabo una inspección visual y toma de muestras con objeto de estudiar el biodeterioro al que pudieran estar sometidos los distintos elementos del espacio analizado.

Podemos definir el biodeterioro como ciertos cambios indeseables en las propiedades de un material causados por la actividad vital de algunos organismos.

La alteración biológica se debe a la influencia ejercida por organismos vivos tales como: bacterias, actinomicetos, cianobacterias, hongos, algas, líquenes, briófitos (musgos y hepáticas), plantas vasculares y animales, entre los que se incluye el hombre.

Las distintas especies biológicas desempeñan un importante papel no sólo como causantes de daños de tipo meramente estético, sino, sobre todo, como agentes provocadores de transformaciones químicas y/o estructurales en los materiales que forman parte del inmueble.

Por tanto la detección e identificación de los organismos involucrados en los procesos de biodeterioro de los bienes culturales es el primer paso necesario para su conservación. Una vez identificados, se analizan los daños que provocan, y finalmente se realizan una serie de recomendaciones para su erradicación y prevención del biodeterioro.

14.2. Material y métodos

14.2.1. Agentes biológicos

Fig. 1. Plano de la Puerta Califal con indicación de la situación de la estancia C

Fig. 2. Cianobacterias, algas, musgos y plantas vasculares sobre la muralla

La presencia de organismos depende de las condiciones microclimáticas, especialmente humedad y temperatura, así como de la presencia de un sustrato nutritivo y de la naturaleza del mismo (textura, pH, etc.). Por tanto, los fenómenos de biodeterioro son el resultado de la conjunción de varios factores, como la naturaleza y las características del sustrato, el tipo de organismo implicado y, sobre todo, las condiciones ambientales.

En el caso del ámbito de la Puerta Califal de Ceuta, sólo se detectaron agentes biológicos en la llamada Estancia C (figura 1). En esta estancia, al igual que en el resto, la humedad era elevada, existiendo una fuerte filtración de agua procedente de las cubiertas de la muralla. Pero lo que la diferenciaba del resto de estancias en cuanto a la capacidad de desarrollo de organismos vivos, es la luz natural que entraba en ella a través de un ventanal.

En distintos puntos de la estancia C, se pudo ver la presencia de cianobacterias, microalgas verdes, briófitos y plantas superiores (figura 2), así como gran cantidad de excrementos de paloma.

Cianobacterias y microalgas verdes formaban pátinas sobre la piedra, en forma de láminas, escamas y costras de coloración verde o pardo-negruzca según la zona. Éstas se desarrollaban bien porque, además de la elevada humedad, estaban protegidas de una luz U.V. excesiva.

En el caso de los microorganismos se tomaron muestras mediante hisopos estériles, y en el caso de briófitos y plantas superiores se recolectaron varias muestras en distintos puntos de la estancia.

14.2.2. Métodos de análisis

El estudio de los agentes biológicos de alteración se llevó a cabo mediante métodos convencionales basados en sus características biométricas y morfológicas, macro y microscópicas, mediante microscopía estereoscópica, microscopía óptica con luz transmitida y microscopía de fluorescencia.

En el caso de los microorganismos, además, se utilizaron técnicas de biología molecular basadas en el análisis de ADN, según el siguiente protocolo:

Extracción de ADN

La extracción de ADN se llevó a cabo mediante congelación, trituración en mortero y agitación mecánica con tampón CTAB. El ADN aislado fue purificado con cloruro de cesio (CsCl) e isopropanol.

La extracción de ADN fue verificada mediante electroforesis en gel de agarosa.

Amplificación por PCR (reacción en cadena de la polimerasa)

El ADN extraído se utilizó como molde para la amplificación mediante PCR, por un lado, del ADNr 16S de procariotas, y por otro, del ADNr 28S de eucariotas. Para ello se utilizaron, en el primer caso, el par de cebadores 5’-AGTTTGATCCTGGCTCAG-3’ y 5’-ACCTTGTTACGACTT-3’, y en el segundo, el par de cebadores 5’-ACCCGCTGAATTTAAGCAT-3’ y 5’-TCCGTGTTTCAAGACGG-3’. De esta forma se amplifica un fragmento de ADN de unas 1500 pares de bases (pb) en el caso de procariotas, y de unas 600 pares de bases (pb) en el caso de eucariotas.

Las reacciones de amplificación se realizaron en un volumen final de 50 μl y contenían: 1μl de ADN molde, 5 μl de tampón Taq DNA polimerasa, 1 μl de Taq DNA polimerasa (5 U), 2 μl de mezcla de dNTPs 10 mM cada uno, 50 pmol de cada cebador, completando con agua Milli-Q. El termociclador se programó con las siguientes condiciones: 2 minutos a 95 ºC para la desnaturalización del ADN molde, seguido de 30 ciclos de 1 minuto de desnaturalización a 95ºC, 1 minuto de hibridación de cebadores a 55 ºC y 5 minutos de elongación a 72ºC, con un paso de extensión final de 10 minutos a 72ºC.

Para comprobar la efectiva amplificación de los fragmentos de ADN, los productos resultantes de la PCR se corrieron, junto con marcadores de peso molecular, mediante electroforesis en gel de agarosa al 1% (p/v) en 150 ml de tampón TBE ½ teñido con bromuro de etidio, a 120 V, durante 30 minutos, resultando una amplificación satisfactoria.

Purificación y cuantificación del ADN

Las bandas de ADN incluidas en el gel de agarosa se recuperaron y purificaron mediante el kit comercial de purificación Bioline Isolate PCR and Gel Kit, siguiendo las instrucciones del fabricante, obteniéndose una solución de 30 µl de ADN puro.

La cantidad de dicho ADN fue cuantificada midiendo su absorbancia a 260 nm mediante un espectrofotómetro.

Secuenciación

Una vez cuantificadas las muestras de ADN, éstas se prepararon y enviaron para su secuenciación al Instituto de Parasitología y Biomedicina “López-Neyra” (CSIC) de Granada.

Análisis de las secuencias

Las secuencias obtenidas se compararon con las existentes en la base de datos pública GenBank (base de datos de secuencias genéticas del NCBI, National Center for Biotechnology Information, USA) mediante el análisis Blast.

14.3. Resultados y conclusiones

Se determinaron dos especies de microalgas unicelulares, Chlorella elipsoidea y Pseudochlorella sp. (figura 3). También se detectó la presencia de una especie de cianobacteria que no pudo ser identificada (figura 4).

Fig. 3. Microalgas verdes clorófitas, al microscopio óptico con luz transmitida, 500X

El estudio por amplificación y secuenciación de ADN también reveló la existencia de dos tipos de bacterias, Escherichia coli y Shigella sp. Ambos géneros bacterianos pertenecen a la familia Enterobacteriaceae y muy probablemente tienen su origen en la gran cantidad de deyecciones de paloma presentes en el lugar.

En cuanto a los briófitos, se recolectaron dos especies diferentes de musgo (figuras 5) en distintos puntos de la estancia, pero ninguna de ellas se encontraba fértil o en etapa reproductiva, por lo que carecían de esporofito, no siendo posible su identificación taxonómica.

Fig. 5. Especies de musgo recolectada en la estancia C

Fig. 6. Adiantum capillus-veneris L recolectada en la estancia C

En lo referente a plantas vasculares, la única especie que se había desarrollado hasta el momento era Adiantum capillus-veneris L. (Figura 6), especie tí pica de zonas húmedas y sombrías donde gotea agua con carbonato cálcico.

Los agentes biológicos presentes causan el biodeterioro de los materiales arqueológicos, a través de procesos físicos o mecánicos (disgregación o fractura) y procesos químicos (descomposición). Además de estas acciones directas, el desarrollo de microorganismos u organismos puede crear unas condiciones favorables para el crecimiento de otras especies deteriógenas o, en otras palabras, dar lugar a una sucesión ecológica con un desarrollo de cenosis más complejas.

Las algas verdes y sobre todo las cianobacterias son los primeros organismos que colonizan la piedra, puesto que sólo necesitan luz, agua y unos cuantos compuestos inorgánicos y prefieren además un sustrato alcalino. Los factores más importantes que condicionan su aparición son la intensidad luminosa, la humedad, la temperatura y el pH. Su crecimiento se ve favorecido por el alto grado de humedad en la estancia, así como la adherencia de polvo, residuos orgánicos y otras sustancias, por lo que se forma una capa o pátina fangosa que puede ser aprovechada por otros organismos (líquenes, musgos y plantas vasculares) y además mantiene la humedad en la superficie de la piedra ayudando a su disolución por agua.

Las algas contribuyen al deterioro de los materiales pétreos a través de sus procesos respiratorios, reteniendo el agua y liberando ácidos o compuestos quelantes.

Los briófitos (musgos) y plantas vasculares crecen cuando el sustrato y las condiciones ambientales son favorables, es decir, cuando se dan depósitos de humus, contenido suficiente de agua (sobre todo para los briófitos), una adecuada iluminación que les permita la actividad fotosintética y una buena porosidad del sustrato que favorezca tanto la retención de humedad como la penetración mecánica de las ricinas o de las raices.

Provocan daños físicos, por penetración de raíces y ricinas en el sustrato, y daños químicos por producción de ácido carbónico mediante los procesos respiratorios, por la acidez de los ápices radicales, y por las propiedades quelantes y la acidez de los exudados radicales.

En cuanto a los animales, el daño observado es el provocado por la avifauna urbana. Sus excrementos contienen ácidos (úrico, fosfórico, nítrico, etc.) que reaccionan con la piedra, produciendo efectos corrosivos y creando además problemas de naturaleza estética e higiénica. Por otra parte, el trasiego de los pájaros puede deteriorar sustratos con escasa cohesión superficial y causar otros daños indirectos, debidos a la aportación de sustancias orgánicas que funcionan como nutrientes para la microflora heterótrofa (bacterias, actinomicetos y hongos) que pueda desarrollarse sobre ellos, como es el caso de las enterobacterias halladas, que pueden llegar a resultar un riesgo para la salud humana.

14.4. Recomendaciones

Los métodos más eficaces y factibles para impedir el desarrollo no deseado de las especies biológicas consisten en actuar sobre las causas, en particular sobre los factores que pueden condicionar o inhibir su presencia, es decir, los factores limitantes (generalmente humedad, temperatura y luz).

En el caso que nos ocupa, es imprescindible la impermeabilización de las cubiertas para evitar la masiva filtración de agua a través de las murallas. La disminución de la humedad relativa detendrá el crecimiento de organismos biológicos y con ello el biodeterioro causado por éstos.

Para la eliminación de los organismos ya presentes, se recomienda la aplicación combinada de métodos mecánicos, que comportan la remoción física de los biodeteriógenos (usando instrumentos manuales como bisturíes, espátulas, rasquetas, aspiradoras, etc.), junto con métodos de control o tratamientos químicos, que conllevan el uso de biocidas. En este caso, los biocidas a emplear deben cumplir como requisitos, que tengan una elevada eficacia contra los biodeteriógenos, y que no interfieran con el material tratado (deben realizarse ensayos previos de interacción biocida-sustrato), además de no ser tóxico para la salud humana y no constituir un riesgo de contaminación medioambiental.

Y para prevenir la aparición de nuevos organismos, además de evitar una elevada humedad, es necesario evitar también otros factores que favorecen el desarrollo de agentes biológicos, tales como temperatura elevada, escasa ventilación, presencia de partículas orgánicas, polvo, suciedad, etc. Todos estos factores deberían ser controlados mediante un mantenimiento ordinario.