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]
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.
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]
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 ] 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.
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]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )