Биомагнификация , также известная как биоамплификация или биологическое увеличение , представляет собой увеличение концентрации вещества, например, пестицида, в тканях организмов на последовательно более высоких уровнях в пищевой цепи . [1] Это увеличение может происходить в результате:
Биологическое увеличение часто относится к процессу, посредством которого вещества, такие как пестициды или тяжелые металлы, попадают в озера, реки и океан, а затем продвигаются вверх по пищевой цепи в постепенно увеличивающихся концентрациях, поскольку они включаются в рацион водных организмов, таких как зоопланктон , которые, в свою очередь, могут быть съедены рыбой, которую затем могут съесть более крупные рыбы, крупные птицы, животные или люди. Вещества становятся все более концентрированными в тканях или внутренних органах по мере продвижения вверх по цепи. Биоаккумуляторы — это вещества, концентрация которых в живых организмах увеличивается по мере того, как они поглощают загрязненный воздух, воду или пищу, поскольку эти вещества очень медленно метаболизируются или выводятся.
Хотя иногда этот термин используется взаимозаменяемо с « биоаккумуляцией », между ними и биоконцентрацией проводится важное различие.
Таким образом, биоконцентрация и биоаккумуляция происходят внутри организма, а биоусиление происходит на всех трофических уровнях (пищевой цепи).
Биоразбавление также является процессом, который происходит на всех трофических уровнях в водной среде; это противоположность биоусилению, когда концентрация загрязняющего вещества уменьшается по мере продвижения вверх по пищевой цепи. [3]
Многие химические вещества, которые биоаккумулируются, хорошо растворяются в жирах ( липофильные ) и нерастворимы в воде ( гидрофобные ). [4]
Например, хотя ртуть присутствует только в небольших количествах в морской воде , она поглощается водорослями (обычно в виде метилртути ). Метилртуть является одной из самых вредных молекул ртути. Она эффективно поглощается, но очень медленно выводится организмами. [5] Биоаккумуляция и биоконцентрация приводят к накоплению в жировой ткани последовательных трофических уровней: зоопланктон , мелкий нектон , более крупная рыба 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 приблизительно 0,01 части на миллион (ppm), а акула содержит ртуть в количестве более 1 ppm. [6]
ДДТ — это пестицид, известный своей способностью к биоусилению, что является одной из наиболее существенных причин, по которым Агентство по охране окружающей среды и другие организации сочли его вредным для окружающей среды. ДДТ — один из наименее растворимых известных химикатов, который постепенно накапливается в жировой ткани, и по мере того, как жир потребляется хищниками, количество ДДТ биоусиливалось. Хорошо известным примером вредного воздействия биоусиления 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] В настоящее время ДДТ 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 реже, чем считалось ранее, есть веские доказательства того, что ДДТ , ДДЕ , ПХБ , токсафен и органические формы ртути и мышьяка действительно биомагнифицируются в природе. Для других загрязняющих веществ биоконцентрация и биоаккумуляция объясняют их высокие концентрации в тканях организма. Совсем недавно Грей [10] достиг аналогичного вещества, остающегося в организмах и не разбавляемого до неопасных концентраций. Успех восстановления популяции хищных птиц ( лысых орлов , сапсанов ) в Северной Америке после запрета на использование ДДТ в сельском хозяйстве является свидетельством важности распознавания и реагирования на биомагнификации. [4]
Две общие группы, которые известны своей способностью к биоусилению, — это хлорированные углеводороды , также известные как органохлорины, и неорганические соединения, такие как метилртуть или тяжелые металлы . [4] Оба являются липофильными и нелегко разлагаются. Новые органические вещества, такие как органохлорины, нелегко разлагаются, поскольку организмы не подвергались предыдущему воздействию и, таким образом, не выработали специфических механизмов детоксикации и выделения, поскольку с их стороны не было давления отбора. Эти вещества, следовательно, известны как « стойкие органические загрязнители » или СОЗ. [11]
Металлы не разлагаются, потому что они являются химическими элементами . Организмы, особенно те, которые подвержены естественно высокому уровню воздействия металлов, имеют механизмы для секвестрации и выделения металлов. Проблемы возникают, когда организмы подвергаются воздействию более высоких концентраций, чем обычно, которые они не могут выделять достаточно быстро, чтобы предотвратить повреждение. Стойкие тяжелые металлы , такие как свинец , кадмий , ртуть и мышьяк , могут иметь широкий спектр неблагоприятных последствий для здоровья у разных видов. [12]