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, всасывании 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
[ редактировать ]Наземные примеры
[ редактировать ]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 шили 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 хранятся в жировых отложениях, а когда жировые ткани используются для получения энергии, соединения высвобождаются и вызывают острое отравление. [ нужна ссылка ]
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. [ 10 ] [ нужна ссылка ]
Некоторые виды животных используют биоаккумуляцию как способ защиты: потребляя 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 плотоядных 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 хаски печень . Ярким примером этого является экспедиция сэра Дугласа Моусона , чей товарищ по исследованию умер от поедания печени одной из их собак.
Водные примеры
[ редактировать ]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. [ 11 ]
Рыбу обычно оценивают на предмет биоаккумуляции, когда она подвергается воздействию химических веществ, находящихся в ее водной фазе. [ 12 ] Обычно тестируемые виды рыб включают обыкновенного карпа , радужную форель и синежаберную солнечную рыбу . [ 12 ] Как правило, рыбы подвергаются биоконцентрации и биоаккумуляции органических химических веществ в окружающей среде за счет поглощения липидным слоем химических веществ, переносимых водой. [ 12 ] В других случаях рыба подвергается воздействию в результате проглатывания/переваривания веществ или организмов водной среды, содержащих вредные химические вещества. [ 12 ]
Токсины естественного происхождения также могут биоаккумулироваться. морских Цветение 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. [ 13 ] В некоторых эвтрофных водных системах биоразбавление может происходить . Это уменьшение загрязнения при повышении трофического уровня, обусловленное повышением концентрации водорослей и бактерий, разбавляющих концентрацию загрязнителя. [ 14 ] [ 15 ]
водно-болотных угодий Подкисление может повысить концентрацию химических веществ или металлов, что приводит к увеличению биодоступности в морских растениях и пресноводной биоте. [ 16 ] Растения, расположенные там, включая как укорененные, так и погруженные в воду растения, могут подвергаться влиянию биодоступности металлов. [ 16 ]
Исследования черепах как модельного вида
[ редактировать ]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 повлиять на количество этих токсинов в экосистеме. [ 17 ]
Наиболее распространенные элементы, изучаемые у черепах, — 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. [ 18 ] 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. [ 19 ]
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. [ 18 ] 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. [ 20 ] Из-за относительно ограниченного ареала обитания пресноводные черепахи могут быть связаны с конкретным водоемом и его профилем химического загрязнения.
Влияние черепах на развитие
[ редактировать ]Токсичные концентрации в черепашьих яйцах 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. [ 21 ] Кроме того, есть доказательства того, что ПФАС влияет на микробиом кишечника черепах, подвергшихся воздействию. [ 22 ]
Что касается токсичного уровня тяжелых металлов, было замечено снижение скорости высиживания яиц у черепахи реки Амазонки Podocnemis expansa . [ 19 ] В этом конкретном черепашьем яйце тяжелые металлы уменьшают содержание жира в яйце и меняют способ фильтрации воды в эмбрионе; это может повлиять на выживаемость черепашьего яйца. [ 19 ]
См. также
[ редактировать ]- Биомагнификация (увеличение токсинов с повышением трофического уровня )
- Хелатная терапия
- Коэффициент накопления препарата
- Воздействие пестицидов на окружающую среду
- Международная сеть по ликвидации СОЗ
- Стойкие органические загрязнители
- Фиторемедиация (удаление загрязняющих веществ путем биоаккумуляции в растениях)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с 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 .
- ^ 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. Бибкод : 1979RSPTB.286..504W . JSTOR 2418066 .
- ^ 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 .
- ^ 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. Бибкод : 2010EnvMS..25..344O . дои : 10.1016/j.envsoft.2009.08.009 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б с Блоуз, Д.В.; Птачек, CJ; Джамбор, JL; Вайзенер, CG (1 января 2003 г.), Голландия, Генрих Д.; Турекян, Карл К. (ред.), «9.05 - Геохимия кислого дренажа шахт» , Трактат по 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.
- ^ 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. Бибкод : 2014ESPR...21.5952G . дои : 10.1007/s11356-014-2538-z . ПМИД 24458939 . S2CID 12568097 .
- ^ Филип Векслер, изд. (2014). Энциклопедия токсикологии (Третье изд.). Лондон. ISBN 978-1-78402-845-9 . OCLC 878141491 .
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Мартелл, Э.А. (май 1959 г.). «Атмосферные аспекты выпадения стронция-90: данные о выпадении осадков указывают на короткое время задержки в стратосфере для атомных испытаний в средних широтах» . Наука . 129 (3357): 1197–1206. дои : 10.1126/science.129.3357.1197 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 13658944 .
- ^ «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.
- ^ Jump up to: а б с д Алан., Хок, Роберт. Обзор лабораторных подходов к оценке наземного биоаккумуляции органических химических веществ: текущее состояние и будущие возможности . OCLC 942770368 .
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Эстевес, Пабло; Сибат, Маноэлла; Леан-Мартинш, Хосе Мануэль; Рейс Коста, Педро; Гаго-Мартинес, Ана; Гесс, Филипп (21 апреля 2020 г.). «Жидкостная хроматография в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения для подтверждения карибского сигуатоксина-1 как основного токсина, ответственного за отравление сигуатерой, вызванное рыбой с европейских атлантических побережий» . Токсины . 12 (4): 267. doi : 10.3390/toxins12040267 . ISSN 2072-6651 . ПМЦ 7232264 . ПМИД 32326183 .
- ^ Дайнс, Питер; Боделье, Поль Ле; Эллер, Гундула (май 2007 г.). «Углерод, полученный из метана, проходит через метанокисляющие бактерии на более высокие трофические уровни в водных системах» . Экологическая микробиология . 9 (5): 1126–1134. Бибкод : 2007EnvMi...9.1126D . дои : 10.1111/j.1462-2920.2006.01235.x . ISSN 1462-2912 . ПМИД 17472629 .
- ^ Линь, Хань-Ян; Костелло, Марк Джон (7 сентября 2023 г.). «Размер тела и трофический уровень морских видов рыб увеличиваются с широтой и уменьшаются в глубоководных районах и Антарктиде» . ПерДж . 11 : e15880. дои : 10.7717/peerj.15880 . ISSN 2167-8359 . ПМЦ 10493087 . ПМИД 37701825 .
- ^ Jump up to: а б 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 .
- ^ 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 .
- ^ Jump up to: а б 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.29934331D . doi : 10.1016/j.chemSphere.2022.134331 . ISSN 0045-6535 . ПМИД 35339524 . S2CID 247638704 .
- ^ Jump up to: а б с 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. Бибкод : 2021Ecotx..30..643F . дои : 10.1007/s10646-021-02384-8 . ISSN 1573-3017 . ПМИД 33754232 . S2CID 232315423 .
- ^ 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 эконадзора 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 .
- ^ 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 выгрузки 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 .
- ^ Бил, Дэвид Дж.; Биссетт, Эндрю; Нильссон, Сандра; Бозе, Утпал; Неллис, Йост Лаурус Динан; Нахар, Ахикун; Смит, Мэтью; Гонсалес-Астудильо, Вивиана; Браун, Кристофер; 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 . ПМИД 35654195 . S2CID 249213966 .