stringtranslate.com

Биоаккумуляция

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

Токсичность, вызванная металлами, связана с биоаккумуляцией и биомагнификацией . [7] Хранение или поглощение металла быстрее, чем он метаболизируется и выводится из организма, приводит к накоплению этого металла. [8] Присутствие различных химикатов и вредных веществ в окружающей среде можно проанализировать и оценить, обладая соответствующими знаниями о биоаккумуляции, помогающими контролировать и использовать химические вещества. [9]

Организм может поглощать химические вещества при дыхании, впитывании через кожу или при проглатывании. [7] Когда концентрация химического вещества в организме 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 организму для роста и развития; однако может происходить и накопление вредных веществ. [7]

Примеры

Наземные примеры

Пример отравления на рабочем месте можно увидеть из фразы « безумный как шляпник » (Англия XVIII и XIX веков). Ртуть использовалась для придания жесткости фетру, из которого изготавливались шляпы. При этом образуются органические соединения, 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 откладываются в жировых отложениях, а когда жировые ткани используются для получения энергии, соединения высвобождаются и вызывают острое отравление. [ нужна цитата ]

Стронций-90 , входящий в состав осадков атомных бомб , по химическому составу настолько похож на кальций, что участвует в формировании костей , где его излучение может вызывать повреждения в течение длительного времени. [ нужна цитата ]

Некоторые виды животных используют биоаккумуляцию как способ защиты: поедая токсичные растения или добычу животных, животное может накапливать токсин, который затем становится сдерживающим фактором для потенциального хищника. Одним из примеров является табачный роговой червь , который концентрирует никотин в своем организме до токсичного уровня, когда потребляет табачные растения. Отравление мелких потребителей может передаваться по пищевой цепи и влиять на потребителей, находящихся на последующих этапах этой цепи.

Другие соединения, которые обычно не считаются токсичными, могут накапливаться в организмах до токсичных уровней. Классическим примером является витамин А , который концентрируется в печени хищных животных , например, белых медведей : будучи чистыми хищниками, питающимися другими хищниками (тюленями), они накапливают в своей печени чрезвычайно большое количество витамина А. Коренным народам Арктики было известно, что печень хищников нельзя есть, но исследователи Арктики заболели гипервитаминозом А из-за употребления в пищу печени медведей; и был по крайней мере один пример подобного отравления исследователей Антарктики, поедавших печень хаски . Ярким примером этого является экспедиция сэра Дугласа Моусона , чей товарищ по исследованию умер от поедания печени одной из их собак.

Водные примеры

Прибрежные рыбы (например, гладкая рыба-жаба ) и морские птицы (например, атлантический тупик ) часто подвергаются мониторингу на предмет биоаккумуляции тяжелых металлов . Метилртуть попадает в системы пресной воды через промышленные выбросы и дожди. По мере того, как его концентрация увеличивается в пищевой цепи, она может достигать опасного уровня как для рыб, так и для людей, которые полагаются на рыбу как на источник пищи. [10]

Рыбу обычно оценивают на предмет биоаккумуляции, когда она подвергается воздействию химических веществ, находящихся в ее водной фазе. [11] Обычно тестируемые виды рыб включают обыкновенного карпа , радужную форель и синежаберную солнечную рыбу . [11] Как правило, рыбы подвергаются биоконцентрации и биоаккумуляции органических химических веществ в окружающей среде в результате поглощения липидным слоем химических веществ, переносимых водой. [11] В других случаях рыба подвергается воздействию в результате проглатывания/переваривания веществ или организмов в водной среде, содержащих вредные химические вещества. [11]

Токсины естественного происхождения также могут биоаккумулироваться. Цветение морских водорослей , известное как « красные приливы », может привести к тому, что местные организмы-фильтраторы, 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. В некоторых эвтрофных водных системах может происходить биоразбавление . Это уменьшение загрязнения при повышении трофического уровня за счет более высоких концентраций водорослей и бактерий, разбавляющих концентрацию загрязнителя. [ нужна цитата ]

Подкисление водно-болотных угодий может повысить концентрацию химических веществ или металлов, что приводит к увеличению биодоступности в морских растениях и пресноводной биоте. [12] Растения, расположенные там, включая как укорененные, так и погруженные в воду растения, могут подвергаться влиянию биодоступности металлов. [12]

Исследования черепах как модельного вида

Биоаккумуляция у черепах происходит, когда синтетические органические загрязнители (например, ПФАС ), тяжелые металлы или высокие уровни микроэлементов попадают в отдельный организм, потенциально влияя на их здоровье. Хотя исследования биоаккумуляции у черепах продолжаются, такие факторы, как загрязнение окружающей среды , изменение климата и изменение ландшафта, могут влиять на количество этих токсинов в экосистеме. [13]

Наиболее распространенными элементами, изучаемыми на черепахах, являются ртуть , кадмий , аргон [ сомнительно – обсудить ] и селен . Тяжелые металлы попадают в реки, ручьи, озера, океаны и другие водные среды, а растения, живущие в этой среде, поглощают металлы. Поскольку уровни микроэлементов в водных экосистемах высоки, черепахи естественным образом потребляют различные микроэлементы в различных водных средах, поедая растения и отложения. [14] Как только эти вещества попадут в кровоток и мышечную ткань, их концентрация увеличится и станет токсичной для черепах, что может привести к нарушению обмена веществ, эндокринной системы и репродуктивной функции. [15]

Некоторые морские черепахи используются в качестве экспериментальных объектов для анализа биоаккумуляции из-за их береговой среды обитания, что облегчает сбор образцов крови и других данных. [14] Виды черепах очень разнообразны и вносят большой вклад в биоразнообразие, поэтому многие исследователи считают ценным сбор данных от различных видов. Пресноводные черепахи — еще один модельный вид для изучения биоаккумуляции. [16] Из-за относительно ограниченного ареала обитания пресноводные черепахи могут быть связаны с конкретным водоемом и его химическим профилем загрязнения.

Влияние черепах на развитие

Токсичные концентрации в яйцах черепах могут повредить процессу развития черепахи. Например, у австралийской пресноводной черепахи с короткой шеей ( Emydura macquarii macquarii ) концентрации ПФАС в окружающей среде биоаккумулировались матерью, а затем переносились в их яйца, что влияло на метаболические процессы развития и запасы жира. [17] Кроме того, есть свидетельства того, что ПФАС влияет на микробиом кишечника черепах, подвергшихся воздействию. [18]

Что касается токсичного уровня тяжелых металлов, было замечено снижение скорости высиживания яиц у черепахи реки Амазонки Podocnemis expansa . [15] В этом конкретном черепашьем яйце тяжелые металлы уменьшают содержание жира в яйцах и меняют способ фильтрации воды в эмбрионе; это может повлиять на выживаемость черепашьего яйца. [15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Александр (1999). «Биоаккумуляция, биоконцентрация, биомагнификация». Экологическая геология . Энциклопедия наук о Земле. стр. 43–44. дои : 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. JSTOR  2418066.
  3. ^ Стадницка, Юлита; Ширмер, Кристин; Ашауэр, Роман (2012). «Прогнозирование концентрации органических химических веществ в рыбе с помощью токсикокинетических моделей». Экологические науки и технологии . 46 (6): 3273–3280. Бибкод : 2012EnST...46.3273S. дои : 10.1021/es2043728. ПМК 3308199 . ПМИД  22324398. 
  4. ^ Отеро-Мурас, И.; Франко-Урия, А.; Алонсо, А.А.; Бальса-Канто, Э. (2010). «Динамическое многокамерное моделирование биоаккумуляции металлов в рыбе: последствия для идентификации». Экологическое моделирование и программное обеспечение . 25 (3): 344–353. doi : 10.1016/j.envsoft.2009.08.009.
  5. ^ Арно, Джон А.; Арно, Мишель; Маккей, Дональд; Куйяр, Ив; Макдональд, Дрю; Боннелл, Марк; Дойл, Пэт (2007). «Критерии ограничения размера молекул для проверки потенциала биоаккумуляции: факт или вымысел?». Комплексная экологическая оценка и менеджмент . 6 (2009): 210–224. дои : 10.1897/IEAM_2009-051.1 . ПМИД  19919169.
  6. ^ Ашауэр, Роман; Хинтермейстер, Анита; о'Коннор, Изабель; Элумелу, Малине; Холлендер, Джулиана; Эшер, Беате И. (2012). «Значение метаболизма ксенобиотиков для кинетики биоаккумуляции органических химических веществ в Gammarus pulex». Экологические науки и технологии . 46 (6): 3498–3508. Бибкод : 2012EnST...46.3498A. дои : 10.1021/es204611h. ПМК 3308200 . ПМИД  22321051. 
  7. ^ abc Блоуз, DW; Птачек, CJ; Джамбор, JL; Вайзенер, CG (1 января 2003 г.), Голландия, Генрих Д.; Турекян, Карл К. (ред.), «9.05 - Геохимия кислого дренажа шахт», Трактат о геохимии , Оксфорд: Пергамон, стр. 149–204, doi : 10.1016/b0-08-043751-6/09137-4 , ISBN 978-0-08-043751-4, получено 17 февраля 2021 г.
  8. ^ Гайон А, Сартори Д, Скудери А, Фатторини Д (2014). «Биоаккумуляция и биотрансформация соединений мышьяка в Hediste diversicolor (Muller 1776) после воздействия шипованных отложений». Наука об окружающей среде и исследования загрязнения . 21 (9): 5952–5959. doi : 10.1007/s11356-014-2538-z. PMID  24458939. S2CID  12568097.
  9. ^ Филип Векслер, изд. (2014). Энциклопедия токсикологии (Третье изд.). Лондон. ISBN 978-1-78402-845-9. ОСЛК  878141491.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  10. ^ «Ртуть: что она делает с людьми и что людям нужно с этим делать» . Район экспериментальных озер МИУР . 23 сентября 2017 года . Проверено 6 июля 2020 г.
  11. ^ abcd Алан., Хок, Роберт. Обзор лабораторных подходов к оценке наземного биоаккумуляции органических химических веществ: текущее состояние и будущие возможности. ОКЛК  942770368.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ аб Альберс, Питер Х.; Камардезе, Майкл Б. (1993). «Влияние подкисления на накопление металлов водными растениями и беспозвоночными. 1. Искусственные водно-болотные угодья». Экологическая токсикология и химия . 12 (6): 959–967. дои : 10.1002/etc.5620120602.
  13. ^ 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.
  14. ^ 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, Симоне 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.299m4331D. doi :10.1016/j.chemSphere.2022.134331. ISSN  0045-6535. PMID  35339524. S2CID  247638704.
  15. ^ abc Фроссар, Александра; Коппо, Габриэль Карвалью; 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. дои : 10.1007/s10646-021-02384-8. ISSN  1573-3017. PMID  33754232. S2CID  232315423.
  16. ^ Бил, Дэвид Дж.; Хиллер, Кэти; Нильссон, Сандра; Лимпус, Дункан; Бозе, Утпал; Бродбент, Джеймс А.; Варди, Сюзанна (1 февраля 2022 г.). «Биоаккумуляция и метаболическая реакция смесей ПФАС у пойманных в дикой природе пресноводных черепах (Emydura macquarii macquarii) с использованием методов экологического надзора на основе омики». Наука об общей окружающей среде . 806 (Часть 3): 151264. Бибкод : 2022ScTEn.806o1264B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.151264 . ISSN  0048-9697. ПМИД  34715216.
  17. ^ Бил, Дэвид Дж.; Нильссон, Сандра; Бозе, Утпал; Борн, Николас; Стоквелл, Салли; Бродбент, Джеймс А.; Гонсалес-Астудильо, Вивиана; Браун, Кристоф; Бэддили, Бренда; Лимпус, Дункан; Уолш, Том; Варди, Сюзанна (15 апреля 2022 г.). «Биоаккумуляция и влияние материнской ПФАС на биохимию яиц от пойманных в дикой природе пресноводных черепах (Emydura macquarii macquarii)». Наука об общей окружающей среде . 817 : 153019. Бибкод : 2022ScTEn.817o3019B. doi : 10.1016/j.scitotenv.2022.153019 . ISSN  0048-9697. ПМИД  35026273.
  18. ^ 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