Экологическая токсикология — это междисциплинарная область науки, занимающаяся изучением вредного воздействия различных химических, биологических и физических агентов на живые организмы . [1] [2] Экотоксикология — это подраздел экологической токсикологии, занимающийся изучением вредного воздействия токсикантов на уровне популяции и экосистемы .
Рейчел Карсон считается матерью экологической токсикологии, поскольку она сделала ее отдельной областью в токсикологии в 1962 году, опубликовав свою книгу «Безмолвная весна» , в которой рассматривались последствия неконтролируемого использования пестицидов . Книга Карсон была в значительной степени основана на серии отчетов Люсиль Фарриер Стиккель об экологических последствиях пестицида ДДТ . [3]
Организмы могут подвергаться воздействию различных видов токсинов на любой стадии жизненного цикла, некоторые из которых более чувствительны, чем другие. Токсичность также может меняться в зависимости от расположения организма в его пищевой цепи . Биоаккумуляция происходит, когда организм хранит токсины в жировых тканях, что в конечном итоге может создать трофический каскад и биоусиление определенных токсинов. Биодеградация высвобождает углекислый газ и воду в качестве побочных продуктов в окружающую среду. Этот процесс обычно ограничен в районах, затронутых экологическими токсинами.
Вредное воздействие таких химических и биологических агентов, как токсиканты из загрязняющих веществ , инсектициды , пестициды и удобрения , может повлиять на организм и его сообщество, сокращая его видовое разнообразие и численность. Такие изменения в динамике популяции влияют на экосистему, снижая ее производительность и стабильность.
Хотя законодательство, принятое с начала 1970-х годов, было направлено на минимизацию вредного воздействия экологических токсинов на все виды, Маккарти (2013 [4] ) предупредил, что «давние ограничения в реализации простой концептуальной модели, которая является основой текущих протоколов испытаний водной токсичности », могут привести к надвигающемуся «темному веку» экологической токсикологии.
Для защиты окружающей среды был принят Закон о национальной политике в области охраны окружающей среды (NEPA). [5] Главное, что подчеркивается в Законе о национальной политике в области охраны окружающей среды, заключается в том, что он «гарантирует, что все ветви власти будут уделять должное внимание окружающей среде до принятия каких-либо крупных федеральных мер, которые существенно повлияют на окружающую среду». [5] Этот закон был принят в 1970 году и также положил начало Совету по качеству окружающей среды (CEQ). [6] Важность CEQ заключалась в том, что он помог продвинуть вперед сферы политики.
CEQ создала экологические программы, включая Федеральный закон о контроле за загрязнением воды, Закон о контроле за токсичными веществами , Закон о сохранении и восстановлении ресурсов (RCRA и Safe). [7] CEQ сыграла важную роль в создании основы для большинства «текущих законов об охране окружающей среды, за исключением Суперфонда и законов о контроле за асбестом». [6]
Некоторые первоначальные воздействия NEPA относятся к толкованию в судах. Суды толковали NEPA не только как расширение прямого воздействия на окружающую среду от любых проектов, особенно федеральных, но и косвенных действий от федеральных проектов. [6]
TSCA, также известный как Закон о контроле за токсичными веществами, является федеральным законом, регулирующим промышленные химикаты, которые могут быть вредны для человека и окружающей среды. [8] TSCA конкретно нацелен на «производство, импорт, хранение, использование, утилизацию и деградацию химикатов, используемых в коммерческих целях». [8] EPA позволяет делать следующее: «1. Предварительное тестирование химикатов для определения риска для здоровья или окружающей среды. 2. Проверка химикатов на предмет значительного риска до начала коммерческого производства. 3. Ограничение или запрет на производство или утилизацию определенных химикатов. 4. Импортный и экспортный контроль химикатов до их ввоза или вывоза из США». [8]
Закону о чистом воздухе способствовало подписание поправок 1990 года. Эти поправки защищали снижение кислотности, озонового слоя, улучшение качества воздуха и токсичных загрязняющих веществ. [9] Закон о чистом воздухе был фактически пересмотрен и при поддержке президента Джорджа Буша-старшего был подписан. [9] Наибольшие основные угрозы, на которые нацелен этот закон, это: загрязнение городского воздуха, токсичные выбросы в воздух, стратосферный озон, кислотные дожди и т. д. Помимо нацеливания на эти конкретные области, он также создал национальную операционную программу, которая «разрешает сделать закон более работоспособным и усилить правоприменение, чтобы помочь обеспечить лучшее соблюдение Закона». [9]
Как упоминалось выше, хотя Соединенные Штаты запретили использование полихлорированных бифенилов (ПХБ), существует вероятность, что они присутствуют в продуктах, произведенных до запрета ПХБ в 1979 году. Агентство по охране окружающей среды (EPA) сняло запрет на ПХБ 19 апреля 1979 года. [10] По данным EPA, «хотя ПХБ больше не производятся в этой стране, теперь мы возьмем под контроль подавляющее большинство ПХБ, которые все еще используются», — сказал администратор EPA Дуглас М. Касл. «Это поможет предотвратить дальнейшее загрязнение нашего воздуха, воды и продуктов питания токсичным и очень стойким искусственным химикатом». [10]
ПХБ были протестированы на лабораторных животных и стали причиной рака и врожденных дефектов. Предполагается, что ПХБ оказывает определенное воздействие на печень и кожу людей. Также предполагается, что они вызывают рак. EPA «подсчитало, что 150 миллионов фунтов ПХБ рассеяны по окружающей среде, включая воздух и воду; еще 290 миллионов фунтов находятся на свалках в этой стране». [10] Опять же, несмотря на то, что они были запрещены, в окружающей среде все еще циркулирует большое количество ПХБ, которые, возможно, оказывают воздействие на кожу и печень людей.
Были случаи, когда люди или компании неправильно утилизировали ПХБ. До сих пор было четыре случая, когда EPA пришлось принять правовые меры против людей/компаний за их методы утилизации. В двух случаях, связанных с компаниями, был выписан штраф в размере 28 600 долларов за неправильную утилизацию. Неизвестно, какой штраф был выписан трем людям за «незаконный сброс ПХБ вдоль 210 миль дороги в Северной Каролине». [10]
Хотя ПХБ были запрещены, есть некоторые исключения, где они используются. Область, в которой это было полностью запрещено, это «производство, обработка, распространение в торговле и «незамкнутое» (открытое для окружающей среды) использование ПХБ, если только это специально не разрешено или не освобождено EPA. «Полностью замкнутое» использование (замкнутое, и поэтому воздействие ПХБ маловероятно) будет разрешено продолжать в течение всего срока службы оборудования». [10] Что касается электрооборудования, содержащего ПХБ, разрешено при определенных контролируемых условиях. Из 750 миллионов фунтов ПХБ, электрооборудование составляет 578 миллионов фунтов. Любое новое производство ПХБ запрещено. [10]
Существует множество источников токсичности окружающей среды , которые могут привести к присутствию токсикантов в нашей пище, воде и воздухе. Эти источники включают органические и неорганические загрязнители, пестициды и биологические агенты, каждый из которых может оказывать вредное воздействие на живые организмы. Могут быть так называемые точечные источники загрязнения, например, стоки с определенного завода, но также и неточечные источники (диффузные источники), такие как резина автомобильных покрышек, которая содержит многочисленные химикаты и тяжелые металлы, распространяющиеся в окружающей среде.
ПХБ — это органические загрязнители, которые до сих пор присутствуют в нашей окружающей среде, несмотря на то, что они запрещены во многих странах, включая США и Канаду. Из-за стойкой природы ПХБ в водных экосистемах многие водные виды содержат высокие уровни этого химического вещества. Например, было показано, что дикий лосось ( Salmo salar ) в Балтийском море имеет значительно более высокие уровни ПХБ, чем выращенный лосось, поскольку дикая рыба живет в сильно загрязненной среде. [11]
ПХБ относятся к группе производимых человеком «органических химикатов, известных как хлорированные углеводороды» [12] Химические и физические свойства ПХБ определяют количество и местоположение хлора, и в отличие от других химикатов, они не имеют формы идентификации. [12] Диапазон токсичности не является постоянным, и поскольку ПХБ обладают определенными свойствами (химическая стабильность, негорючесть), они использовались в колоссальном количестве коммерческих и промышленных практик. Некоторые из них включают в себя «электрическое, теплообменное и гидравлическое оборудование, пластификаторы в красках, пластмассах и резиновых изделиях и пигментах, красителях и безуглеродной копировальной бумаге» и многие другие. [12]
Такие металлы, как кадмий, ртуть и свинец, играют минимальную роль в живых организмах, если вообще играют, поэтому их накопление, даже небольшое, может привести к проблемам со здоровьем. [13]
Например, поскольку люди потребляют рыбу, важно контролировать рыбу на наличие таких следовых металлов. [13] Давно известно, что эти следовые металлы передаются по пищевой цепи из-за отсутствия у них биоразлагаемости или способности распадаться. [13] Такое накопление может привести к повреждению печени и сердечно-сосудистым заболеваниям у людей. [13] Также важно контролировать рыбу не только для общественного здравоохранения, но и для оценки здоровья прибрежных экосистем. [13]
Например, было показано, что рыба (например, радужная форель ), подвергавшаяся воздействию более высоких уровней кадмия, растет медленнее, чем рыба, подвергавшаяся воздействию более низких уровней или не подвергавшаяся воздействию вообще. [14] Более того, кадмий может потенциально изменять продуктивность и брачное поведение этих рыб.
Тяжелые металлы также могут изменять генетический состав водных организмов. В Канаде было проведено исследование генетического разнообразия дикого желтого окуня вдоль различных градиентов концентрации тяжелых металлов в озерах, загрязненных горнодобывающими предприятиями. Исследователи хотели определить, какое влияние оказало загрязнение металлами на эволюционные реакции среди популяций желтого окуня. Вдоль градиента генетическое разнообразие по всем локусам отрицательно коррелировало с загрязнением печени кадмием. [15] Кроме того, наблюдалась отрицательная корреляция между загрязнением медью и генетическим разнообразием. Некоторые водные виды выработали толерантность к тяжелым металлам. В ответ на высокие концентрации тяжелых металлов вид двукрылых, Chironomus riparius , из семейства мошек Chironomidae, эволюционировал, чтобы стать толерантным к токсичности кадмия в водной среде. Измененные истории жизни, повышенное выделение кадмия и устойчивый рост под воздействием кадмия являются доказательствами того, что C. riparius демонстрирует генетически обусловленную толерантность к тяжелым металлам. [16]
Кроме того, в исследовании, проведенном в Китае, изучались концентрации Cu (меди), Cr (хрома), Cd (кадмия) и Pb (свинца) в съедобных частях рыб Pelteobagrus fluvidraco, полосатого сома, и Cyprinus carpio, обыкновенного карпа, обитающего в озере Тайху. [13] Эти металлы активно высвобождались из таких источников, как промышленные отходы сельского хозяйства и горнодобывающей промышленности, а затем попадали в прибрежные экосистемы и накапливались в местной рыбе, особенно в ее органах. [13] Это было особенно тревожно, поскольку слишком большое потребление меди может привести к диарее и тошноте у людей и повреждению печени у рыб. [13] Кроме того, слишком большое количество свинца может привести к дефектам обучения, поведения, обмена веществ и роста у некоторых позвоночных, включая людей. [13] Большая часть этих тяжелых металлов была обнаружена в печени, почках и жабрах двух видов рыб, однако, к счастью, их концентрации оказались ниже порогового значения для потребления человеком, установленного китайским критерием здоровья продуктов питания. [13] В целом исследование показало, что проведенные здесь восстановительные работы действительно привели к снижению количества тяжелых металлов, накопленных в рыбе. [13]
Вообще говоря, удельная скорость накопления металлов в рыбе зависит от металла, вида рыбы, водной среды, времени года и органов рыб. [13] Например, металлы, как известно, чаще всего встречаются у плотоядных видов, а всеядные виды следуют за ними. [13] В этом случае, возможно, из-за различий в свойствах воды в разное время года, у двух видов рыб было обнаружено больше тяжелых металлов летом по сравнению с зимой. [13] В целом, относительно понятно, что количество металлов в печени и почках рыбы представляет собой количество, которое активно хранится в их организме, тогда как количество металлов в жабрах представляет собой количество, которое было накоплено из окружающей воды. [13] Вот почему жабры считаются лучшими биоиндикаторами загрязнения металлами. [13]
Излучение испускается материей в виде лучей или волн чистой энергии или высокоскоростных частиц. Лучи или волны энергии , также известные как электромагнитное излучение, включают солнечный свет, рентгеновские лучи , радары и радиоволны . Корпускулярное излучение включает альфа- и бета- частицы и нейтроны . [17] Когда люди и животные подвергаются воздействию высоких уровней радиации, у них может развиться рак , врожденные нарушения или ожоги кожи. Растения также сталкиваются с проблемами при воздействии больших уровней радиации. После катастрофы на Чернобыльской АЭС в 1986 году ядерное излучение повредило репродуктивные ткани окружающих растений , и потребовалось около трех лет, чтобы эти растения восстановили свои репродуктивные способности. [18] Изучение радиации и ее воздействия на окружающую среду известно как радиоэкология .
Наиболее известные или распространенные типы тяжелых металлов включают цинк, мышьяк, медь, свинец, никель, хром, алюминий и кадмий. Все эти типы вызывают определенные риски для здоровья человека и окружающей среды.
Хотя определенное количество этих металлов на самом деле может играть важную роль, например, в поддержании определенных биохимических и физиологических «функций в живых организмах при очень низких концентрациях, однако они становятся вредными, когда превышают определенные пороговые концентрации». [19] Тяжелые металлы составляют огромную часть загрязнений окружающей среды, и их токсичность «является проблемой все возрастающей значимости по экологическим, эволюционным, пищевым и экологическим причинам». [19]
Алюминий
Алюминий является наиболее распространенным природным металлом в земной коре и естественным образом циркулирует в окружающей среде посредством таких процессов, как выветривание горных пород и извержения вулканов. [20] Эти естественные процессы высвобождают больше алюминия в пресноводную среду, чем люди, но антропогенное воздействие приводит к тому, что значения превышают рекомендуемые значения Агентства по охране окружающей среды США и Всемирной организации здравоохранения. [20] Алюминий обычно используется в промышленных изделиях, таких как краски, бумага, бытовая техника, упаковка, обработка продуктов питания и воды, а также в предметах здравоохранения, таких как антиперспиранты и производство вакцин. [20] Сточные воды от этих промышленных применений затем выносят металл в окружающую среду. [20]
Как правило, чрезмерное воздействие алюминия влияет на двигательные и когнитивные навыки. [20] Было показано, что у млекопитающих этот металл влияет на экспрессию генов, восстановление ДНК и связывание ДНК. [20] Одно исследование показало, что эффекты алюминия включают нейродегенерацию и гибель нервных клеток у мышей. [20] Другое исследование показало, что он связан с заболеваниями человека, связанными с нервной системой, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также аутизм. [20]
Воздействие загрязняющих веществ может изменить ткани морских организмов, таких как рыбы. Например, было показано, что его накопление вызывает нейродегенерацию в церебральных областях мозга, таких как у O. mossambicus , также известного как мозамбикская тиляпия. [20] Алюминий также снижает двигательные способности рыб, поскольку считается, что алюминий отрицательно влияет на их снабжение кислородом. [20] Наконец, металл вызывает медленную реакцию на возбуждение и другие внешние стимулы, общее ненормальное поведение и изменения с нейротрансмиттерами в их организме, такими как адреналин и дофамин. [20]
Мышьяк, один из самых важных тяжелых металлов, вызывает экологические проблемы и проблемы со здоровьем у людей. Он «имеет полуметаллическое свойство, является выраженно токсичным и канцерогенным и широко доступен в форме оксидов или сульфидов или как соль железа, натрия, кальция, меди и т. д.» [19] Он также является одним из самых распространенных элементов на Земле, и его определенные неорганические формы очень опасны для живых существ (животных, растений и людей) и окружающей среды.
У людей мышьяк может вызывать рак мочевого пузыря, кожи, легких и печени. Одним из основных источников воздействия мышьяка на людей является загрязненная вода, что является проблемой более чем в 30 странах мира.
Люди, как правило, сталкиваются с мышьяком «естественным путем, из промышленных источников или из непреднамеренных источников». [19] Вода может быть загрязнена мышьяковистыми пестицидами или природными мышьяковыми химикатами. Есть некоторые случаи, когда мышьяк использовался при попытках самоубийства и мог привести к острому отравлению. Мышьяк «является протопластическим ядом, поскольку он воздействует в первую очередь на сульфгидрильную группу клеток, вызывая сбои в клеточном дыхании, клеточных ферментах и митозе». [19]
Другой чрезвычайно токсичный металл, свинец, может и, как известно, вызывает «обширное загрязнение окружающей среды и проблемы со здоровьем во многих частях мира». Физический вид свинца — это яркий и серебристый металл. Некоторые источники загрязнения окружающей среды свинцом включают металлопокрытие и рыболовные операции, отходы почвы, заводские трубы, плавку руды, отходы от производства теста, удобрения и пестициды и многое другое. В отличие от других металлов, таких как медь, свинец играет только физиологическую роль и не имеет биологических функций. В США «более 100–200 000 тонн свинца в год выбрасывается с выхлопными газами автомобилей», а часть может быть принесена растениями, течь с водой или фиксироваться в почве. [19]
Люди контактируют со свинцом при добыче полезных ископаемых, сжигании ископаемого топлива. При сжигании свинец и его соединения попадают в воздух, почву и воду. Свинец может оказывать различное воздействие на организм и влиять на центральную нервную систему. У человека, который контактировал со свинцом, может быть как острое, так и хроническое отравление свинцом. У тех, кто испытывает острое отравление, наблюдаются такие симптомы, как аппетит, головная боль, гипертония, боли в животе, почечная дисфункция, усталость, бессонница, артрит, галлюцинации и головокружение». [19] С другой стороны, хроническое воздействие может вызвать более серьезные симптомы, такие как «умственная отсталость, врожденные дефекты, психоз, аутизм, аллергии, дислексия, потеря веса, гиперактивность, паралич, мышечная слабость, повреждение мозга, повреждение почек и может даже привести к смерти». [19]
Ртуть, блестящая серебристо-белая, может превращаться в бесцветный и непахнущий газ при нагревании. [19] Ртуть сильно влияет на морскую среду, и было проведено много исследований по ее воздействию на водную среду. Крупнейшими источниками загрязнения ртутью являются «сельское хозяйство, муниципальные сточные воды, горнодобывающая промышленность, сжигание и сброс промышленных сточных вод», все они относительно связаны с водой. [19]
Ртуть существует в трех различных формах, и все три обладают различными уровнями биодоступности и токсичности. Три формы включают органические соединения, металлические элементы и неорганические соли. Как указано выше, они присутствуют в водных ресурсах, таких как океаны, реки и озера. [19] Исследования показали, что ртуть превращается в метилртуть (MeHg) и просачивается в окружающую среду. [21] Затем планктон получает металл в свою систему, и затем их поедают другие морские организмы. [21] Этот цикл продолжается вверх по пищевой цепи. [21] Этот процесс называется биомагнификация и «вызывает значительные нарушения для водных организмов». [19]
Ртуть вредит морской жизни, но также может быть очень вредна для нервной системы человека. Более высокие уровни воздействия ртути могут изменить многие функции мозга. Это может «привести к застенчивости, тремору, проблемам с памятью, раздражительности и изменениям зрения или слуха». [19] Кроме того, вдыхание ртути может привести к дисфункции сенсорных и умственных способностей у людей, а также к использованию двигательных навыков, познания и зрения. [21]
Из-за этих тревожных побочных эффектов было проведено исследование на тихоокеанском побережье Колумбии для оценки уровней ртути в окружающей среде и в людях, живущих там из-за добычи золота. [21] Исследователи обнаружили, что медианная общая концентрация ртути в волосах, измеренная у людей, живущих в двух общинах, Кибдо и Паймадо, составила 1,26 г/г и 0,67 г/г соответственно. [21] Было обнаружено, что у жителей других районов Колумбии были схожие уровни. [21] Эти уровни превышают рекомендуемые пороговые значения, установленные Агентством по охране окружающей среды США (EPA). [21] Кроме того, они измерили концентрацию ртути, обнаруженную в рыбе, обитающей поблизости в реке Атрато. [21] Несмотря на то, что концентрация была определена как имеющая низкий фактор риска для здоровья человека и потребления, концентрация (0,5 г/г) была выше рекомендуемого Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) порогового значения. [21]
Они также определили, что приблизительно 44% от общего числа участков вокруг реки имели умеренный уровень загрязнения, что еще раз подчеркивает необходимость проведения дополнительных программ вмешательства для ограничения просачивания ртути в окружающую среду. [21] Это было серьезной проблемой, особенно с учетом того, что регион Чоко является очагом биоразнообразия для всех видов организмов, а не только для людей. [21] В конце концов, самые высокие уровни общей ртути в воздухе были обнаружены в золотых лавках в центре города, что еще больше подчеркивает стоимость добычи золота в таких местных общинах и необходимость в более эффективных программах, направленных на предотвращение ее распространения. [21]
Согласно рейтингу ATSDR, кадмий является 7-м наиболее токсичным тяжелым металлом. Кадмий интересен тем, что после того, как он подвергается воздействию человека (на работе) или животных в их среде обитания, он будет накапливаться в организме на протяжении всей жизни человека/животного. [19] Хотя кадмий использовался в качестве замены олова во время Первой мировой войны и пигмента в лакокрасочной промышленности в свое время, в настоящее время он встречается в основном в аккумуляторных батареях, табачном дыме и производстве некоторых сплавов.
По данным Агентства по регистрации токсичных веществ и заболеваний, в «США более 500 000 рабочих подвергаются воздействию токсичного кадмия каждый год». Также утверждается, что самое высокое воздействие кадмия наблюдается в Китае и Японии. [19]
Влияние кадмия на почки и кости огромно. Он может вызвать минерализацию костей, которая «является процессом отложения минералов на матрице кости». [22] Это может произойти из-за почечной дисфункции или повреждения костей.
Седьмой по распространенности элемент, хром, может встречаться в природе при сжигании нефти и угля и выбрасываться в окружающую среду через сточные воды и удобрения. Использование хрома можно увидеть в «таких отраслях, как металлургия, гальваника, производство красок и пигментов, дубление, консервация древесины , химическое производство и производство целлюлозы и бумаги ». [19] Токсичность хрома влияет на «биологические процессы в различных растениях, таких как кукуруза, пшеница, ячмень, цветная капуста, цитрусовые и в овощах. Токсичность хрома вызывает хлороз и некроз в растениях». [19]
Пестициды являются основным источником токсичности для окружающей среды. Известно, что эти химически синтезированные агенты сохраняются в окружающей среде в течение длительного времени после их применения. Низкая биоразлагаемость пестицидов может привести к биоаккумуляции химикатов в различных организмах вместе с биоусилением в пищевой цепи. Пестициды можно классифицировать в соответствии с вредителями, на которых они нацелены. Инсектициды используются для уничтожения сельскохозяйственных вредителей, которые поражают различные фрукты и культуры. Гербициды нацелены на травяных вредителей, таких как сорняки и другие нежелательные растения, которые снижают урожайность. [ необходима цитата ]
Пестициды в целом, как было показано, негативно влияют на репродуктивную и эндокринную системы различных рептилий и амфибий, настолько, что осторожно полагают, что это является одним из основных факторов, стоящих за сокращением их популяций во всем мире. [23] Эти пестициды ухудшают их иммунную, нервную, поведенческую системы, в том числе вызывая снижение показателей фертильности, аномальные уровни гормонов и снижение приспособленности потомства. [23] Считается, что амфибии особенно подвержены незначительному сокращению, поскольку выброс сельскохозяйственных пестицидов происходит одновременно с секрецией феромонов во время сезона их размножения. [23] Например, было показано, что большее количество пестицидов коррелирует с большим количеством дефектов у жаб. [23]
Например, класс гербицидов хлорацетанилид используется во всем мире для борьбы с сорняками и травами в сельском хозяйстве. [24] Они в основном используются для таких культур, как кукуруза, рис, соя, подсолнечник, хлопок и другие, и способны оставаться в окружающей среде в течение длительного периода времени. [24] Таким образом, их можно обнаружить в почве, грунтовых водах и поверхностных водах из-за эрозии почвы, выщелачивания и поверхностного стока. [24] Время, в течение которого они остаются в окружающей среде, зависит от типа почвы и климатических условий, таких как температура и влажность. [24] Гербициды хлорацетанилид включают ацетохлор, алахлор и другие. [24] Все они перечислены Агентством по охране окружающей среды США как канцерогены классов B2, L2 и C. [24]
Другой гербицид под названием атразин по-прежнему широко используется во всем мире, даже несмотря на то, что Европейский союз запретил его использование в 2005 году. [25] Поразительно, но его использование все еще было распространено в США в 2016 году и в Австралии в течение некоторого времени. [25] Поскольку он может растворяться в воде, было высказано много опасений относительно его потенциального загрязнения почвы и воды вдоль поверхности и земли. [25] Были проведены различные исследования для определения воздействия атразина на дикую природу. [23]
Например, исследования показали, что он вызывает задержку роста и подавляет или повреждает иммунную и репродуктивную системы водных организмов. [25] Он также связан с раком не только у рыб, но и у млекопитающих, таких как люди. [25] Кроме того, известно, что атразин индуцирует ароматазу, которая заставляет организмы рыб и земноводных вырабатывать эстроген, даже когда им это не положено. [23] Гербицид также вызывает изменения в экспрессии генов, которые могут передаваться от родителей к потомству и мешать гомеостазу щитовидной железы. [23] Например, исследование, проведенное на самцах африканских шпорцевых лягушек, показало, что воздействие атразина привело к уменьшению размера яичек и снижению уровня тестостерона. [23] Другое исследование, проведенное с северной леопардовой лягушкой и сверчковой лягушкой Бланшара, показало, что атразин снизил их успешность в метаморфозе, процессе превращения во взрослую лягушку из начальной стадии головастика. [23] Это имеет смысл, поскольку метаморфоз контролируется гормонами щитовидной железы, на которые, как известно, атразин оказывает отрицательное воздействие. [23]
Кроме того, было проведено исследование для изучения воздействия атразина на пресноводных раков Cherax destructor из Чешской Республики, ключевого вида. [25] Они обнаружили, что гепатопанкреас, часть тела, которая служит как печенью, так и поджелудочной железой у этих ракообразных, был поврежден после воздействия. [25] Также произошло накопление лактата и аммиака, что привело к печеночной недостаточности, гипоксии тканей, лактатацидозу, мышечной усталости и боли. [25] Также были повреждены и даже ухудшены жабры, однако они смогли восстановиться через 2 недели. [25] Повреждения жабр были также обнаружены у двустворчатого моллюска Diplodon expansus . [25]
Дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) — хлорорганический инсектицид , запрещенный из-за его неблагоприятного воздействия как на людей, так и на диких животных. Инсектицидные свойства ДДТ были впервые обнаружены в 1939 году. После этого открытия ДДТ широко использовался фермерами для уничтожения сельскохозяйственных вредителей, таких как картофельный жук, яблонная плодожорка и кукурузная гусеница. В 1962 году вредные последствия широко распространенного и неконтролируемого использования ДДТ были подробно описаны Рейчел Карсон в ее книге «Безмолвная весна». Такие большие количества ДДТ и его метаболита дихлордифенилдихлорэтилена (ДДЭ), которые попадали в окружающую среду, были токсичны как для животных, так и для людей. [ необходима цитата ]
ДДТ нелегко поддается биологическому разложению, поэтому это химическое вещество накапливается в почве и отложениях . Водные системы загрязняются, а морские организмы, такие как рыбы и моллюски, накапливают ДДТ в своих тканях. Более того, этот эффект усиливается, когда животные, потребляющие рыбу, также потребляют это химическое вещество, демонстрируя биомагнифицирование в пищевой цепи. Процесс биомагнификации оказывает пагубное воздействие на различные виды птиц, поскольку ДДТ и ДДЕ накапливаются в их тканях, вызывая истончение яичной скорлупы. В результате в Европе и Северной Америке наблюдается быстрое сокращение популяций птиц. [ необходима цитата ]
Люди, которые потребляют животных или растения, загрязненные ДДТ, испытывают неблагоприятные последствия для здоровья. Различные исследования показали, что ДДТ оказывает разрушительное воздействие на печень , нервную систему и репродуктивную систему человека.
К 1972 году Агентство по охране окружающей среды США (EPA) запретило использование ДДТ в Соединенных Штатах . Несмотря на регулирование этого пестицида в Северной Америке, он все еще используется в некоторых регионах мира. Следы этого химиката были обнаружены в заметных количествах в притоке реки Янцзы в Китае , что позволяет предположить, что пестицид все еще используется в этом регионе.
Хотя ДДТ был запрещен в 1972 году, часть пестицида (а также других химикатов) осталась в окружающей среде. Это задержка токсичного материала привела к почти полному вымиранию сапсана. Высокие уровни ДДТ были обнаружены во многих областях, таких как «яйца, жир и ткани птицы». [26] Правительство работало с природоохранными организациями, помогая им вывести потомство из загрязненной области. Наконец, в 1999 году птицы были исключены из списка исчезающих видов США. [26]
Фторид сульфурила — это инсектицид , который при попадании в окружающую среду распадается на фторид и сульфат . Известно, что фторид негативно влияет на водную фауну. Доказано, что повышенный уровень фторида ухудшает эффективность питания и рост карпа обыкновенного ( Cyprinus carpio ). Воздействие фторида изменяет ионный баланс, общий уровень белка и липидов в этих рыбах, что изменяет состав их тела и нарушает различные биохимические процессы.
Пер- и полифторалкильные вещества, известные как ПФАС , представляют собой группу из приблизительно 15 000 химических веществ. Общая структура этих химических веществ включает функциональную группу и длинный углеродный хвост, который полностью или частично фторирован. Первый химикат ПФАС, политетрафторэтилен (ПТФЭ), был случайно синтезирован в 1938 году исследователем компании DuPont Роем Дж. Планкеттом при изготовлении хладагентов. Было обнаружено, что химикат обладает уникальными и полезными свойствами, такими как устойчивость к воде, маслу и экстремальным температурам. В 1945 году компания DuPont запатентовала этот химикат вместе с другими химикатами ПФАС, такими как ПФОА, с ныне общеизвестным названием Тефлон . Американский многонациональный конгломерат 3M начал массовое производство тефлона в 1947 году. Затем в 1960-х годах ВМС США и 3M создали новый тип огнетушащей пены с использованием химикатов PFAS, «водная пленкообразующая пена» или AFFF , которая затем поставлялась по всему миру и использовалась в аэропортах, на военных объектах и в центрах подготовки пожарных. В настоящее время эти химикаты используются во многих бытовых товарах, включая лак для ногтей, косметику, шампуни, мыло, зубные пасты, менструальные средства, одежду, контактные линзы и туалетную бумагу. Эти химикаты также используются в фрекинге, искусственной траве, смазочных материалах (механических, промышленных и велосипедных), упаковке пищевых продуктов, журналах, пестицидах, хладагентах и даже в хирургически имплантируемых медицинских устройствах.
Эти химические вещества получили прозвище «вечные химикаты» из-за их чрезвычайной стабильности и устойчивости к естественному разложению в окружающей среде. Они также биоаккумулируются в организме людей и животных, причем многие из химических веществ PFAS имеют период полураспада в несколько лет. Они также «биоусиливаються», поэтому животные, находящиеся выше в пищевой цепи, как правило, имеют более высокую концентрацию химических веществ в крови. PFAS был обнаружен почти во всех исследованных образцах человеческой крови, одно исследование показало, что 97% американцев имеют PFAS в своей крови. [27] Химические вещества PFAS были связаны с высоким уровнем холестерина, [28] изменением функции почек и щитовидной железы, [29] язвенным колитом, [30] иммуносупрессией, [31] снижением эффективности вакцин, [32] низким весом при рождении, [33] репродуктивными проблемами, [34] и такими видами рака, как рак почек, яичек и печени. [35] Однако мы все еще не раскрываем все последствия для здоровья этих химических веществ.
Химикаты ПФАС теперь повсеместно распространены в окружающей среде, недавние исследования обнаружили химикаты ПФАС во всей изученной дождевой воде. [36] DuPont и 3M провели внутренние исследования потенциального вредного воздействия этих химикатов и на протяжении десятилетий знали об их способности вызывать рак и низкий вес при рождении. [37] Тем не менее, это исследование не было обнародовано, и компании продолжали получать большую прибыль от вредных химикатов. В 2000 году 3M объявила, что они добровольно прекратят производство ПФОА и ПФОС — технически известных как «длинноцепочечные» химикаты — и прекратят добавлять их в продукты к 2002 году. Они заменили эти химикаты новыми формулами ПФАС «короткоцепочечных», но ученые обнаружили, что эти замены, возможно, столь же опасны.
По всему миру теперь возникают судебные иски против компаний и правительств, которые знали о вреде, который могут нанести эти химикаты, и продолжали их использовать. Переговоры о регулировании этих химикатов сейчас ведутся по всему миру. Рекультивация этих « вечных химикатов » была предпринята в горячих точках по всему миру путем помещения загрязненной почвы на свалку или нагревания при чрезвычайно высокой температуре. Однако оба эти способа очень дороги, и новые, более дешевые инструменты для рекультивации крайне необходимы.
Фосфорорганические химикаты
Фосфорорганические пестициды (ФОП) являются эфирными производными фосфора. [38] Эти вещества содержатся в пестицидах, гербицидах и инсектицидах и, как правило, считались безопасными, поскольку они быстро разлагаются в естественной среде при наличии солнечного света, воздуха и почвы. [38] Однако исследования показали, что эти пестициды отрицательно влияют на фотосинтез и рост растений. [38] Эти вещества также попадают в почву через стоки и также вызывают снижение плодородия почвы. [38] Кроме того, известно, что они также вызывают беспорядочное плавание, респираторный стресс, изменения в поведении и задержку метаморфоза у водных организмов. [38]
В конкретном исследовании было обнаружено, что фосфорорганические пестициды, такие как хлорпирифос, диазинон, фенитротион и хиналфос, используемые в сельском хозяйстве в северо-западной части Бангладеш, имеют высокие или острые экологические риски для поверхностных вод и почвы для водных насекомых и ракообразных. [39] В частности, были выявлены более высокие экологические риски для дафний по сравнению с другими морскими организмами. [39] Обнаружение таких высоких концентраций пестицидов может быть связано с тем, что местные фермеры используют больше пестицидов, чем рекомендовано. [39] Это может быть связано с тем, что сельское хозяйство является крупнейшей экономической деятельностью страны. [39] С ростом численности населения страны потребность в большем количестве продуктов питания будет только увеличиваться, тем самым оказывая большее давление на фермеров. [39]
Цианобактерии, или сине-зеленые водоросли, являются фотосинтетическими бактериями. Они растут во многих типах воды. Их быстрый рост («цветение») связан с высокой температурой воды, а также с эвтрофикацией (в результате обогащения минералами и питательными веществами, часто из-за стока с суши, который вызывает чрезмерный рост этих водорослей). Многие роды цианобактерий вырабатывают несколько токсинов. [40] [41] Цианотоксины могут быть дерматотоксичными, нейротоксичными и гепатотоксичными, хотя смерть, связанная с их воздействием, встречается редко. [40] Цианотоксины и их нетоксичные компоненты могут вызывать аллергические реакции, но это плохо изучено. [42] : 589 Несмотря на их известную токсичность, разработка специфического биомаркера воздействия была затруднена из-за сложного механизма действия, которым обладают эти токсины. [43]
Появление этого токсина в питьевой воде зависит от нескольких факторов. Во-первых, это уровень питьевой воды в исходной воде, а во-вторых, это зависит от эффективности удаления этих токсинов из воды при фактическом производстве питьевой воды. [44] Из-за отсутствия данных об отсутствии/присутствии этих токсинов в питьевой воде, очень сложно фактически контролировать их количество в готовой воде. Это является результатом того, что в США нет государственных или федеральных программ, которые фактически контролируют наличие этих токсинов на станциях очистки питьевой воды. [44]
Хотя данные о воздействии этих двух токсинов ограничены, из того, что доступно, следует, что токсины поражают печень и почки. Вспышка, похожая на гепатоэнтерит, произошла на острове Палм-Айленд, Австралия (1979) из-за потребления воды, содержащей « C. raciborskii , цианобактерию, которая может производить цилиндроспермопсин». [44] В большинстве случаев (обычно с участием детей) требовалось помещение в больницу. Результаты госпитализации включают: рвоту, повреждение почек (из-за потери воды, белка и электролитов), лихорадку, кровавую диарею и головные боли. [44]
Медиа, связанные с токсикологией окружающей среды на Wikimedia Commons