Биомагнификация , также известная как биоамплификация или биологическое увеличение , представляет собой увеличение концентрации вещества, например пестицида, в тканях организмов на последовательно более высоких уровнях пищевой цепи . [1] Такое увеличение может произойти в результате:
Биологическое усиление часто относится к процессу, при котором такие вещества, как пестициды или тяжелые металлы, попадают в озера, реки и океан, а затем перемещаются вверх по пищевой цепи во все более высоких концентрациях по мере того, как они включаются в рацион водных организмов, таких как зоопланктон . , которые, в свою очередь, возможно, поедаются рыбой, которую затем могут съесть более крупные рыбы, крупные птицы, животные или люди. По мере продвижения вверх по цепочке вещества все больше концентрируются в тканях или внутренних органах. Биоаккумуляторы — это вещества, концентрация которых в живых организмах увеличивается по мере поступления в загрязненный воздух, воду или пищу, поскольку эти вещества очень медленно метаболизируются или выводятся из организма.
Хотя иногда термин используется взаимозаменяемо с термином « биоаккумуляция », между ними и биоконцентрацией проводится важное различие.
Таким образом, внутри организма происходят биоконцентрация и биоаккумуляция, а биомагнификация происходит на всех трофических уровнях (пищевой цепи).
Биодилюция — это также процесс, который происходит на всех трофических уровнях водной среды; это противоположность биомагнификации, то есть когда концентрация загрязняющего вещества уменьшается по мере его продвижения вверх по пищевой сети. [3]
Многие химические вещества, которые биоаккумулируются, хорошо растворяются в жирах ( липофильные ) и нерастворимы в воде ( гидрофобные ). [4] Липофильные вещества не могут быть разбавлены, расщеплены или выведены с мочой , в водной среде, и поэтому накапливаются в жировых тканях организма, если в организме отсутствуют ферменты для их расщепления. При поедании другим организмом жиры всасываются в кишечнике, перенося вещество, которое затем накапливается в жирах хищника. Поскольку на каждом уровне пищевой цепи происходят большие потери энергии, хищнику приходится потреблять много добычи, включая все ее липофильные вещества. [ нужна цитата ]
Например, хотя ртуть присутствует в морской воде лишь в небольших количествах , она поглощается водорослями (обычно в виде метилртути ). Метилртуть — одна из самых вредных молекул ртути. Он эффективно усваивается, но очень медленно выводится из организма. [5] Биоаккумуляция и биоконцентрация приводят к накоплению в жировой ткани последовательных трофических уровней: зоопланктона , мелкого нектона , более крупной рыбы и т. д. Все, что ест эту рыбу, также потребляет более высокий уровень ртути, накопленной рыбой. Этот процесс объясняет, почему хищные рыбы, такие как рыба-меч и акулы , или птицы, такие как скопа и орлы , имеют более высокие концентрации ртути в своих тканях, чем можно было бы объяснить только прямым воздействием. Например, сельдь содержит ртуть в количестве примерно 0,01 частей на миллион (ppm), а акула — более 1 ppm. [6]
ДДТ — это пестицид, обладающий способностью к биоусилению, что является одной из наиболее важных причин, по которым Агентство по охране окружающей среды и другие организации сочли его вредным для окружающей среды. ДДТ является одним из наименее растворимых известных химических веществ и постепенно накапливается в жировой ткани, а по мере того, как жир потребляется хищниками, количество ДДТ биоувеличивается. Хорошо известным примером вредного воздействия биомагнификации ДДТ является значительное сокращение популяций хищных птиц в Северной Америке, таких как белоголовые орланы и сапсаны, из-за того, что ДДТ вызвал истончение яичной скорлупы в 1950-х годах. [4] [7] ДДТ в настоящее время является запрещенным веществом во многих частях мира. [8]
В обзоре большого количества исследований Suedel et al. [9] пришли к выводу, что, хотя биомагнификация, вероятно, встречается более ограниченно, чем считалось ранее, существуют убедительные доказательства того, что ДДТ , ДДЕ , ПХД , токсафен и органические формы ртути и мышьяка действительно биомагнируют в природе. Для других загрязнителей биоконцентрация и биоаккумуляция обуславливают их высокие концентрации в тканях организма. Совсем недавно Грей [10] пришел к выводу, что подобные вещества остаются в организмах и не разбавляются до неопасных концентраций. Успех восстановления высших хищных птиц ( белоголовых орланов , сапсанов ) в Северной Америке после запрета на использование ДДТ в сельском хозяйстве является свидетельством важности распознавания биомагнификации и реагирования на нее. [4]
Две распространенные группы, которые, как известно, обладают биомагнификацией, — это хлорированные углеводороды , также известные как хлорорганические соединения, и неорганические соединения, такие как метилртуть или тяжелые металлы. [4] Оба липофильны и не легко разлагаются. Новые органические вещества, такие как хлорорганические соединения, нелегко разлагаются, поскольку организмы не подвергались предварительному воздействию и, следовательно, не развили специфические механизмы детоксикации и выведения, поскольку с их стороны не было давления отбора. Эти вещества поэтому известны как « стойкие органические загрязнители » или СОЗ. [11]
Металлы не разлагаются, поскольку являются химическими элементами . Организмы, особенно те, которые подвергаются естественному высокому воздействию металлов, имеют механизмы связывания и выведения металлов. Проблемы возникают, когда организмы подвергаются воздействию более высоких, чем обычно, концентраций, которые они не могут вывести из организма достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение. Стойкие тяжелые металлы , такие как свинец , кадмий , ртуть и мышьяк, могут оказывать широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья разных видов. [12]