stringtranslate.com

Биоаккумуляция

Биоаккумуляция — это постепенное накопление веществ, таких как пестициды или другие химикаты, в организме. [1] Биоаккумуляция происходит, когда организм поглощает вещество быстрее, чем оно может быть потеряно или устранено путем катаболизма и экскреции . Таким образом, чем дольше биологический период полураспада токсичного вещества , тем больше риск хронического отравления , даже если уровни токсина в окружающей среде не очень высоки. [2] Биоаккумуляцию, например, у рыб , можно предсказать с помощью моделей. [3] [4] Гипотеза о критериях отсечения размера молекул для использования в качестве индикаторов потенциала биоаккумуляции не подтверждается данными. [5] Биотрансформация может сильно изменить биоаккумуляцию химических веществ в организме. [6]

Токсичность, вызванная металлами, связана с биоаккумуляцией и биоусилением . [7] Хранение или поглощение металла быстрее, чем он метаболизируется и выводится, приводит к накоплению этого металла. [8] Наличие различных химикатов и вредных веществ в окружающей среде можно проанализировать и оценить, имея надлежащие знания о биоаккумуляции, что поможет в химическом контроле и использовании. [9]

Организм может поглощать химические вещества через дыхание, через кожу или при глотании. [7] Когда концентрация химического вещества внутри организма выше, чем в окружающей среде (воздухе или воде), это называется биоконцентрацией . [1] Биомагнификация — это еще один процесс, связанный с биоаккумуляцией, поскольку концентрация химического вещества или металла увеличивается по мере его перемещения с одного трофического уровня на другой. [1] Естественно, процесс биоаккумуляции необходим для роста и развития организма; однако может также происходить накопление вредных веществ. [7]

Примеры

Примеры на Земле

Примером отравления на рабочем месте может служить фраза « безумный как шляпник » (Англия XVIII и XIX века). Ртуть использовалась для придания жесткости войлоку, который использовался для изготовления шляп. Это образует органические виды, такие как метилртуть , которая является жирорастворимой ( жирорастворимой) и имеет тенденцию накапливаться в мозге, что приводит к отравлению ртутью . Другие жирорастворимые яды включают соединения тетраэтилсвинца ( свинец в этилированном бензине ) и ДДТ . Эти соединения хранятся в жире организма, и когда жировые ткани используются для получения энергии, соединения высвобождаются и вызывают острое отравление. [ необходима ссылка ]

Стронций-90 , часть радиоактивных осадков атомных бомб , химически достаточно похож на кальций, чтобы он мог входить в состав костей , где его излучение может вызывать долговременные повреждения. [10] [ необходима цитата ]

Некоторые виды животных используют биоаккумуляцию как способ защиты: потребляя токсичные растения или добычу животных, животное может накапливать токсин, который затем представляет собой сдерживающий фактор для потенциального хищника. Одним из примеров является табачный бражник , который концентрирует никотин до токсичного уровня в своем теле, когда потребляет табачные растения. Отравление мелких потребителей может передаваться по пищевой цепочке, чтобы повлиять на потребителей, находящихся дальше в цепочке.

Другие соединения, которые обычно не считаются токсичными, могут накапливаться в организмах до токсичных уровней. Классическим примером является витамин А , который концентрируется в печени плотоядных животных , например, белых медведей : как чистые плотоядные животные, питающиеся другими плотоядными животными (тюленями), они накапливают чрезвычайно большое количество витамина А в своей печени. Коренным народам Арктики было известно, что печень плотоядных животных нельзя есть, но исследователи Арктики страдали гипервитаминозом А от употребления в пищу печени медведей; и был по крайней мере один пример подобного отравления исследователей Антарктики, которые ели печень хаски . Одним из ярких примеров этого является экспедиция сэра Дугласа Моусона , чей спутник по исследованию умер, съев печень одной из своих собак.

Водные примеры

Прибрежные рыбы (например, гладкая рыба-жаба ) и морские птицы (например, атлантический тупик ) часто контролируются на предмет биоаккумуляции тяжелых металлов . Метилртуть попадает в пресноводные системы через промышленные выбросы и дожди. По мере того, как ее концентрация увеличивается в пищевой цепи, она может достичь опасного уровня как для рыб, так и для людей, которые полагаются на рыбу как на источник пищи. [11]

Рыбы обычно оцениваются на предмет биоаккумуляции, когда они подвергаются воздействию химических веществ, находящихся в их водной фазе. [12] Обычно тестируемые виды рыб включают карпа , радужную форель и синежаберного солнечную рыбу . [12] Как правило, рыбы подвергаются биоконцентрации и биоаккумуляции органических химических веществ в окружающей среде через поглощение липидным слоем химических веществ, находящихся в воде. [12] В других случаях рыбы подвергаются воздействию через проглатывание/переваривание веществ или организмов в водной среде, которые содержат вредные химические вещества. [12]

Естественно вырабатываемые токсины также могут биоаккумулироваться. Цветение морских водорослей , известное как « красные приливы », может привести к тому, что местные фильтрующие организмы, такие как мидии и устрицы, станут токсичными; рыбы коралловых рифов могут быть ответственны за отравление, известное как сигуатера, когда они накапливают токсин, называемый сигуатоксином, из рифовых водорослей. [13] В некоторых эвтрофных водных системах может происходить биоразбавление . Это уменьшение загрязняющего вещества с увеличением трофического уровня из-за более высоких концентраций водорослей и бактерий, разбавляющих концентрацию загрязняющего вещества. [14] [15]

Подкисление водно-болотных угодий может повысить концентрацию химических веществ или металлов, что приводит к повышению биодоступности в морских растениях и пресноводной биоте. [16] Растения, расположенные там, включая как корневые, так и погруженные в воду растения, могут быть подвержены влиянию биодоступности металлов. [16]

Исследования черепах как модельных видов

Биоаккумуляция у черепах происходит, когда синтетические органические загрязнители (например, ПФАС ), тяжелые металлы или высокие уровни микроэлементов попадают в один организм, потенциально влияя на их здоровье. Хотя продолжаются исследования биоаккумуляции у черепах, такие факторы, как загрязнение , изменение климата и смещение ландшафта, могут влиять на количество этих токсинов в экосистеме. [17]

Наиболее распространенными элементами, изученными у черепах, являются ртуть , кадмий , аргон [ сомнительно – обсудим ] и селен . Тяжелые металлы попадают в реки, ручьи, озера, океаны и другие водные среды, и растения, которые живут в этих средах, поглощают металлы. Поскольку уровни микроэлементов высоки в водных экосистемах, черепахи естественным образом потребляют различные микроэлементы в различных водных средах, поедая растения и отложения. [18] Как только эти вещества попадают в кровоток и мышечную ткань, их концентрация увеличивается, и они становятся токсичными для черепах, возможно, вызывая нарушение обмена веществ, эндокринной системы и репродуктивной функции. [19]

Некоторые морские черепахи используются в качестве подопытных животных для анализа биоаккумуляции из-за их прибрежной среды обитания, которая облегчает сбор образцов крови и других данных. [18] Виды черепах очень разнообразны и вносят большой вклад в биоразнообразие, поэтому многие исследователи считают ценным собирать данные по различным видам. Пресноводные черепахи являются еще одним модельным видом для исследования биоаккумуляции. [20] Из-за их относительно ограниченного ареала обитания пресноводные черепахи могут быть связаны с определенным водосбором и его профилем химического загрязнения.

Влияние черепах на развитие

Токсичные концентрации в яйцах черепахи могут повредить процессу развития черепахи. Например, у австралийской пресноводной короткошейной черепахи ( Emydura macquarii macquarii ) концентрации ПФАС в окружающей среде были биоаккумулированы матерью, а затем перенесены в ее яйца, что повлияло на метаболические процессы развития и жировые запасы. [21] Кроме того, есть доказательства того, что ПФАС повлиял на микробиом кишечника у подвергшихся воздействию черепах. [22]

Что касается токсичных уровней тяжелых металлов, было отмечено снижение скорости вылупления яиц у амазонской черепахи Podocnemis expansa . [19] В этом конкретном яйце черепахи тяжелые металлы уменьшают содержание жира в яйцах и изменяют способ фильтрации воды по всему эмбриону; это может повлиять на выживаемость черепашьего яйца. [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Alexander (1999). "Биоаккумуляция, биоконцентрация, биомагнификация". Экологическая геология . Энциклопедия наук о Земле. стр. 43–44. doi :10.1007/1-4020-4494-1_31. ISBN 978-0-412-74050-3.
  2. ^ Брайан, GW; Вальдичук М.; Пентрит, Р.Дж.; Дарракотт, Энн (1979). «Биоаккумуляция морских загрязнителей [и обсуждение]». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия Б, Биологические науки . 286 (1015): 483–505. Бибкод : 1979RSPTB.286..504W. JSTOR  2418066.
  3. ^ Stadnicka, Julita; Schirmer, Kristin; Ashauer, Roman (2012). «Прогнозирование концентраций органических химикатов в рыбе с использованием токсикокинетических моделей». Environmental Science & Technology . 46 (6): 3273–3280. Bibcode : 2012EnST...46.3273S. doi : 10.1021/es2043728. PMC 3308199. PMID  22324398 . 
  4. ^ Отеро-Мурас, И.; Франко-Урия, А.; Алонсо, А.А.; Бальса-Канто, Э. (2010). «Динамическое многокомпонентное моделирование биоаккумуляции металлов в рыбе: идентифицируемость». Environmental Modeling & Software . 25 (3): 344–353. Bibcode : 2010EnvMS..25..344O. doi : 10.1016/j.envsoft.2009.08.009.
  5. ^ Арнот, Джон А.; Арнот, Мишель; Маккей, Дональд; Куйярд, Ив; Макдональд, Дрю; Боннелл, Марк; Дойл, Пэт (2007). «Критерии отсечения молекулярного размера для скрининга потенциала биоаккумуляции: факт или вымысел?». Интегрированная экологическая оценка и управление . 6 (2009): 210–224. doi : 10.1897/IEAM_2009-051.1 . PMID  19919169.
  6. ^ Эшауэр, Роман; Хинтермейстер, Анита; О'Коннор, Изабель; Элумелу, Малин; Холлендер, Джулиана; Эшер, Беата И. (2012). «Значение метаболизма ксенобиотиков для кинетики биоаккумуляции органических химических веществ в Gammarus pulex». Environmental Science & Technology . 46 (6): 3498–3508. Bibcode : 2012EnST...46.3498A. doi : 10.1021/es204611h. PMC 3308200. PMID  22321051 . 
  7. ^ abc Blowes, DW; Ptacek, CJ; Jambor, JL; Weisener, CG (1 января 2003 г.), Holland, Heinrich D.; Turekian, Karl K. (ред.), "9.05 - Геохимия дренажа кислых шахтных вод", Treatise on Geochemistry , Oxford: Pergamon, стр. 149–204, doi :10.1016/b0-08-043751-6/09137-4, ISBN 978-0-08-043751-4, получено 17 февраля 2021 г.
  8. ^ Gaion A, Sartori D, Scuderi A, Fattorini D (2014). «Биоаккумуляция и биотрансформация соединений мышьяка в Hediste diversicolor (Muller 1776) после воздействия загрязненных осадков». Environmental Science and Pollution Research . 21 (9): 5952–5959. Bibcode : 2014ESPR...21.5952G. doi : 10.1007/s11356-014-2538-z. PMID  24458939. S2CID  12568097.
  9. ^ Филипп Векслер, ред. (2014). Энциклопедия токсикологии (третье изд.). Лондон. ISBN 978-1-78402-845-9. OCLC  878141491.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  10. ^ Мартелл, Э. А. (май 1959 г.). «Атмосферные аспекты выпадений стронция-90: свидетельства выпадений указывают на короткое время задержки в стратосфере при атомных испытаниях в средних широтах». Science . 129 (3357): 1197–1206. doi :10.1126/science.129.3357.1197. ISSN  0036-8075. PMID  13658944.
  11. ^ «Ртуть: что она делает с людьми и что людям нужно с этим делать». IISD Experimental Lakes Area . 23 сентября 2017 г. Получено 6 июля 2020 г.
  12. ^ abcd Алан., Хоук, Роберт. Обзор лабораторных подходов к оценке наземной биоаккумуляции органических химикатов: текущее состояние и будущие возможности. OCLC  942770368.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Эстевес, Пабло; Сибат, Маноэлла; Леан-Мартинс, Хосе Мануэль; Рейс Коста, Педро; Гаго-Мартинес, Ана; Хесс, Филипп (21 апреля 2020 г.). «Жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения для подтверждения того, что карибский сигуатоксин-1 является основным токсином, ответственным за отравление сигуатерой, вызываемое рыбой с европейского атлантического побережья». Токсины . 12 (4): 267. doi : 10.3390/toxins12040267 . ISSN  2072-6651. PMC 7232264. PMID 32326183  . 
  14. ^ Deines, Peter; Bodelier, Paul LE; Eller, Gundula (май 2007 г.). «Потоки углерода, полученного из метана, через бактерии, окисляющие метан, на более высокие трофические уровни в водных системах». Environmental Microbiology . 9 (5): 1126–1134. Bibcode : 2007EnvMi...9.1126D. doi : 10.1111/j.1462-2920.2006.01235.x. ISSN  1462-2912. PMID  17472629.
  15. ^ Линь, Хан-Ян; Костелло, Марк Джон (7 сентября 2023 г.). «Размер тела и трофический уровень увеличиваются с широтой и уменьшаются в глубоководных районах и Антарктиде для морских видов рыб». PeerJ . 11 : e15880. doi : 10.7717/peerj.15880 . ISSN  2167-8359. PMC 10493087 . PMID  37701825. 
  16. ^ ab Albers, Peter H.; Camardese, Michael B. (1993). «Влияние подкисления на накопление металлов водными растениями и беспозвоночными. 1. Искусственные водно-болотные угодья». Экологическая токсикология и химия . 12 (6): 959–967. doi :10.1002/etc.5620120602.
  17. ^ Франке, Кристиан; Штудингер, Габриэле; Бергер, Джорджия; Бёлинг, Стелла; Брукманн, Урсула; Когорс-Фресенборг, Дитер; Йонке, Ульрих (октябрь 1994 г.). «Оценка биоаккумуляции». Хемосфера . 29 (7): 1501–1514. Бибкод : 1994Chmsp..29.1501F. дои : 10.1016/0045-6535(94)90281-X.
  18. ^ аб Диас де Фариас, Дэниел Солон; Росси, Сильмара; да Коста Бомфим, Алин; Лима Фрагосо, Ана Бернадете; Сантос-Нето, Элитьери Батиста; Хосе де Лима Силва, Флавио; Лейлсон-Брито, Хосе; Навони, Хулио Алехандро; Гавилан, Симона Алмейда; Соуза ду Амарал, Вивиан (1 июля 2022 г.). «Биоаккумуляция общего количества ртути, меди, кадмия, серебра и селена у зеленых черепах (Chelonia mydas), выброшенных на мель в бассейне Потигуар, на северо-востоке Бразилии». Хемосфера . 299 : 134331. Бибкод : 2022Chmsp.29934331D. doi : 10.1016/j.chemosphere.2022.134331. ISSN  0045-6535. PMID  35339524. S2CID  247638704.
  19. ^ abc Фроссар, Александра; Коппо, Габриэль Карвальо; Лоренсо, Аманда Толедо; Херингер, Отавио Арруда; Чиппари-Гомес, Адриана Регина (1 мая 2021 г.). «Биоаккумуляция металла и его генотоксическое воздействие на яйца и детенышей гигантской речной черепахи Амазонки (Podocnemis expansa)». Экотоксикология . 30 (4): 643–657. Бибкод : 2021Ecotx..30..643F. дои : 10.1007/s10646-021-02384-8. ISSN  1573-3017. PMID  33754232. S2CID  232315423.
  20. ^ Бил, Дэвид Дж.; Хиллиер, Кэти; Нильссон, Сандра; Лимпус, Дункан; Бозе, Утпал; Бродбент, Джеймс А.; Варди, Сюзанна (1 февраля 2022 г.). «Биоаккумуляция и метаболическая реакция смесей ПФАС у выловленных в дикой природе пресноводных черепах (Emydura macquarii macquarii) с использованием методов экологического наблюдения на основе «омики». Science of the Total Environment . 806 (Pt 3): 151264. Bibcode : 2022ScTEn.806o1264B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.151264 . ISSN  0048-9697. PMID  34715216.
  21. ^ Beale, David J.; Nilsson, Sandra; Bose, Utpal; Bourne, Nicholas; Stockwell, Sally; Broadbent, James A.; Gonzalez-Astudillo, Viviana; Braun, Christoph; Baddiley, Brenda; Limpus, Duncan; Walsh, Tom; Vardy, Suzanne (15 апреля 2022 г.). «Биоаккумуляция и влияние материнской разгрузки PFAS на биохимию яиц от выловленных в дикой природе пресноводных черепах (Emydura macquarii macquarii)». Science of the Total Environment . 817 : 153019. Bibcode : 2022ScTEn.817o3019B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2022.153019 . ISSN  0048-9697. PMID  35026273.
  22. ^ Бил, Дэвид Дж.; Биссетт, Эндрю; Нильссон, Сандра; Бозе, Утпал; Нелис, Йост Лаурус Динан; Нахар, Ахикун; Смит, Мэтью; Гонсалес-Астудильо, Вивиана; Браун, Кристоф; Бэддили, Бренда; Варди, Сюзанна (10 сентября 2022 г.). «Нарушение микробиома кишечника у пойманных в дикой природе пресноводных черепах (Emydura macquarii macquarii), подвергшихся воздействию повышенных уровней ПФАС». Наука об общей окружающей среде . 838 (Часть 3): 156324. Бибкод : 2022ScTEn.838o6324B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2022.156324. ISSN  0048-9697. PMID  35654195. S2CID  249213966.

Внешние ссылки