Токсичность нефтяного загрязнения для морских рыб

Токсичность нефтяного загрязнения для морских рыб наблюдалась в результате разливов нефти , таких как катастрофа Exxon Valdez , а также из неточечных источников, таких как поверхностный сток , который является крупнейшим источником нефтяного загрязнения морских вод.

Сырая нефть, попадающая в водные пути в результате разливов или стоков, содержит полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) – наиболее токсичные компоненты нефти. Путь поступления ПАУ в рыбу зависит от многих факторов окружающей среды и свойств ПАУ. Обычными путями являются проглатывание , вентиляция жабр и попадание через кожу. Рыбы, подвергшиеся воздействию этих ПАУ, проявляют ряд токсических эффектов, включая генетические повреждения , морфологические деформации, изменения роста и развития, уменьшение размеров тела, снижение способности плавать и смертность . ^[1]^[2]^[3] Морфологические деформации воздействия ПАУ, такие как пороки развития плавников и челюстей, приводят к значительному снижению выживаемости рыб из-за снижения способности плавать и питаться. ^[1] Хотя точный механизм токсичности ПАУ неизвестен, существует четыре предполагаемых механизма. ^[4] Трудность выявления конкретного механизма токсичности во многом связана с большим разнообразием соединений ПАУ с различными свойствами. ^[4]

История

Серьезные исследования воздействия нефтяной промышленности на окружающую среду начались в середине-конце 20 века, когда нефтяная промышленность развивалась и расширялась. ^[5] Крупномасштабная транспортировка сырой нефти увеличилась в результате растущего мирового спроса на нефть, что впоследствии привело к увеличению количества разливов нефти. ^[5] Разливы нефти предоставили ученым прекрасную возможность изучить на месте последствия воздействия сырой нефти на морские экосистемы, а совместные усилия Национального управления океанических и атмосферных исследований (НОАА) и Береговой охраны США привели к улучшению мер реагирования и детальным исследованиям нефти. последствия загрязнения. ^[5] Разлив нефти Exxon Valdez в 1989 году и разлив нефти Deepwater Horizon в 2010 году привели к расширению научных знаний о конкретных последствиях токсичности нефтяного загрязнения для морских рыб.

Exxon Valdez Разлив нефти

Целенаправленные исследования токсичности нефтяного загрязнения для рыб начались всерьез в 1989 году, после того как танкер Exxon Valdez врезался в риф в проливе Принца Уильяма на Аляске и вылил около 11 миллионов галлонов сырой нефти в окружающую воду. ^[6] На тот момент разлив нефти Exxon Valdez был крупнейшим в истории США. ^[6] Разлив имел множество негативных экологических последствий, включая гибель миллиардов икринок тихоокеанской сельди и горбуши . ^[5] В конце марта, когда произошел разлив, тихоокеанская сельдь только начала нереститься, в результате чего почти половина икры популяции подверглась воздействию сырой нефти. Тихоокеанская сельдь нерестится в приливных и сублиторальных зонах, поэтому уязвимые икринки легко подвергаются загрязнению. ^[1]

на платформе Deepwater Horizon Разлив нефти

После 20 апреля 2010 года, когда взрыв на нефтяной буровой платформе Deepwater Horizon Macondo вызвал крупнейший разлив нефти в истории США, появилась еще одна возможность для исследования токсичности нефти. ^[7] Примерно 171 миллион галлонов сырой нефти вытекло со дна моря в Мексиканский залив , обнажив большую часть окружающей биоты . ^[7] Разлив нефти на платформе Deepwater Horizon также совпал с нерестовым окном различных экологически и коммерчески важных видов рыб, включая желтоперого и атлантического голубого тунца. ^[8] Разлив нефти напрямую затронул атлантического голубого тунца, поскольку около 12% личинок тунца находились в загрязненных нефтью водах. ^[9] Мексиканский залив является единственным известным местом нереста западной популяции голубого тунца. ^[7]

Воздействие нефти

Разливы нефти, а также ежедневные стоки нефти из урбанизированных территорий могут привести к попаданию полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в морские экосистемы. Как только ПАУ попадают в морскую среду, рыбы могут подвергаться их воздействию через пищеварение, вентиляцию жабр и попадание через кожу. ^[10] Основной путь поступления будет зависеть от поведения видов рыб и физико-химических свойств рассматриваемых ПАУ. Среда обитания может быть основным решающим фактором при выборе пути заражения. Например, демерсальные рыбы или рыбы, потребляющие демерсальную рыбу, с высокой вероятностью проглатывают ПАУ, сорбированные осадком, тогда как рыбы, плавающие на поверхности, подвергаются более высокому риску воздействия на кожу. При контакте с ПАУ биодоступность будет влиять на то, насколько легко ПАУ усваивается. Агентство по охране окружающей среды идентифицирует 16 основных ПАУ, вызывающих обеспокоенность, и каждый из этих ПАУ имеет разную степень биодоступности. Например, ПАУ с более низкой молекулярной массой более биодоступны, поскольку они легче растворяются в воде и, следовательно, более биодоступны для рыб в толще воды. Аналогичным образом, гидрофильные ПАУ более биодоступны для потребления рыбой. По этой причине использование диспергаторов нефти , таких как Корексит , для обработки разливов нефти может увеличить поглощение ПАУ за счет увеличения их растворимости в воде и повышения их доступности для поглощения через жабры. ^[10] После поглощения ПАУ метаболизм рыбы может повлиять на продолжительность и интенсивность воздействия на ткани-мишени. Рыбы способны легко метаболизировать 99% ПАУ в более гидрофильный метаболит через гепатобилиарную систему. ^[10] Это позволяет вывести ПАУ. Скорость метаболизма ПАУ будет зависеть от пола и размера вида. Способность метаболизировать ПАУ в более гидрофильную форму может предотвратить биоаккумуляцию и остановить передачу ПАУ к организмам, расположенным дальше по пищевой цепи. Поскольку нефть может сохраняться в окружающей среде еще долгое время после разлива нефти в результате осаждения, демерсальная рыба, вероятно, будет постоянно подвергаться воздействию ПАУ в течение многих лет после разлива нефти. Это было доказано изучением метаболитов ПАУ в желчи донных рыб. у донных рыб все еще наблюдались повышенные уровни низкомолекулярных метаболитов ПАУ Например, спустя 10 лет после разлива нефти Exxon Valdez . ^[10]

Компоненты сырой нефти

Сырая нефть состоит из более чем 17 000 соединений. ^[11] Среди этих 17 000 соединений есть ПАУ, которые считаются наиболее токсичными компонентами нефти. ^[10] ПАУ образуются в результате пирогенных и петрогенных процессов. Петрогенные ПАУ образуются в результате повышенного давления органического материала. Напротив, пирогенные ПАУ образуются в результате неполного сгорания органического материала. Сырая нефть естественным образом содержит петрогенные ПАУ, и уровень этих ПАУ значительно увеличивается за счет сжигания нефти, в результате чего образуются пирогенные ПАУ. Уровень ПАУ, обнаруженных в сырой нефти, различается в зависимости от типа сырой нефти. Например, в сырой нефти в результате разлива нефти Exxon Valdez концентрация ПАУ составляла 1,47%, тогда как концентрация ПАУ в Северном море имела гораздо более низкие концентрации ПАУ - 0,83%. ^[10]

Источники загрязнения сырой нефтью

Загрязнение сырой нефтью морских экосистем может привести к попаданию в эти экосистемы как пирогенных, так и петрогенных ПАУ. Петрогенные ПАУ могут попадать в водные пути через выходы нефти, крупные разливы нефти, стоки креозота и мазута с городских территорий. ^[12] Пирогенные источники ПАУ состоят из дизельной сажи, резины шин и угольной пыли. ^[13] Хотя существуют естественные источники ПАУ, такие как вулканическая деятельность и просачивание угольных месторождений, антропогенные источники представляют собой наиболее значительный вклад ПАУ в окружающую среду. ^[12] Эти антропогенные источники включают отопление жилых домов, производство асфальта, газификацию угля и использование нефти. ^[12] Петрогенное загрязнение ПАУ чаще встречается в результате разливов сырой нефти, таких как Exxon Valdez , или нефтяных просачиваний; однако в стоках могут преобладать и пирогенные ПАУ. Хотя крупные разливы нефти, такие как Exxon Valdez, могут привести к попаданию большого количества сырой нефти на определенную территорию за короткий промежуток времени, ежедневный сток составляет большую часть нефтяного загрязнения морских экосистем. Атмосферные выпадения также могут быть источником попадания ПАУ в морские экосистемы. На осаждение ПАУ из атмосферы в водоем во многом влияет газочастичное распределение ПАУ. ^[12]

Эффекты

Многие последствия воздействия ПАУ наблюдались у морских рыб. В частности, были проведены исследования эмбрионов и личинок рыб, развития рыб, подвергшихся воздействию ПАУ, и поглощения ПАУ рыбой различными путями воздействия. Одно исследование показало, что икра тихоокеанской сельди , подвергшаяся воздействию условий, имитирующих разлив нефти «Эксон Вальдез», привела к преждевременному вылуплению икры, уменьшению размера по мере взросления рыбы и значительным тератогенным эффектам, включая пороки развития скелета, сердечно-сосудистой системы, плавников и желточного мешка. ^[1] желточного мешка Отек был причиной большей части смертности личинок сельди. ^[1] Было замечено, что тератогенные пороки развития спинного плавника и позвоночника, а также челюсти эффективно снижают выживаемость развивающихся рыб за счет ухудшения способности плавать и питаться соответственно. Кормление и уклонение от добычи посредством плавания имеют решающее значение для выживания личинок и молоди рыб. ^[1] Все эффекты, наблюдаемые в икре сельди в ходе исследования, соответствовали эффектам, наблюдаемым в икре рыб, подвергшихся воздействию после разлива нефти Exxon Valdez . ^[1] Эмбрионы рыбок данио, подвергшихся воздействию нефти, имели серьезные тератогенные дефекты, аналогичные тем, которые наблюдаются у эмбрионов сельди, включая отеки, сердечную дисфункцию и внутричерепные кровоизлияния . ^[3] В исследовании, посвященном поглощению ПАУ рыбой, эмбрионы лосося подвергались воздействию сырой нефти в трех различных ситуациях, в том числе через стоки из гравия, покрытого нефтью. ^[2] Концентрации ПАУ в эмбрионах, непосредственно подвергшихся воздействию нефти, и эмбрионах, подвергшихся воздействию сточных вод ПАУ, существенно не различались. Было замечено, что воздействие ПАУ приводило к смерти, даже когда ПАУ попадали в рыбу через сточные воды. По результатам было установлено, что рыбные эмбрионы вблизи разлива нефти Exxon Valdez в проливе Принца Уильяма, которые не находились в непосредственном контакте с нефтью, все еще могли накапливать смертельные уровни ПАУ. ^[2] Хотя во многих лабораторных и естественных исследованиях наблюдались значительные неблагоприятные последствия воздействия ПАУ на рыбу, для некоторых соединений ПАУ также наблюдалось отсутствие эффектов, что может быть связано с недостаточным поглощением во время воздействия этого соединения. ^[3]

Предполагаемый механизм токсического действия

Хотя было доказано, что различные классы ПАУ действуют посредством различных токсических механизмов из-за различий в их молекулярной массе, расположении колец и свойствах растворимости в воде, конкретные механизмы токсичности ПАУ для рыб и их развития до сих пор неизвестны. ^[3] Токсичность зависит от того, в какой степени химические вещества в масле смешиваются с водой: это называется водосвязанной фракцией масла. Предполагаемые механизмы токсичности ПАУ включают токсичность через наркоз , взаимодействие с путем AhR, алкилфенантрена токсичность и аддитивную токсичность по множеству механизмов. ^[4]

Согласно исследованию, модель наркоза не смогла точно предсказать результат воздействия смеси ПАУ на сельдь и горбушу. ^[4]
Было обнаружено, что первичная токсичность этих ПАУ для эмбрионов рыб не зависит от AhR, а их сердечные эффекты не связаны с активацией AhR или индукцией цитохрома P450 , семейства 1, члена A в эндокарде . ^[3]
Модель алкилфенантрена была изучена путем воздействия на сельдь и горбушу смесей ПАУ в попытке лучше понять механизмы токсичности ПАУ. Было обнаружено, что модель в целом позволяет прогнозировать исходы сублетального и летального воздействия. ^[4] Окислительный стресс и влияние на сердечно-сосудистый морфогенез являются предполагаемыми механизмами токсичности алкилфенантрена. ^[4] Конкретный путь неизвестен.
Поскольку ПАУ содержат множество различных вариаций ПАУ, токсичность можно объяснить использованием нескольких механизмов действия. ^[4]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Карлс, М.Г., Райс, С.Д., Хоуз, Дж.Э. 1999. Чувствительность рыбных эмбрионов к выветренной сырой нефти: Часть I. Воздействие низкого уровня во время инкубации вызывает пороки развития, генетические повреждения и смертность личинок тихоокеанской сельди (Clupea pallasi). Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 481–493.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Хайнц, Р.А., Шорт, Дж.В., Райс, С.Д. 1999 Чувствительность рыбных эмбрионов к выветрившейся сырой нефти: Часть II. Повышенная смертность эмбрионов горбуши (Oncorhynchus gorbuscha), инкубируемых ниже по течению от выветрившейся сырой нефти Exxon Valdez. Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 494–503.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Инкардона, Дж.П., Карлс, М.Г., Тероака, Х., Слоан, Калифорния, Кольер, Т.К., Шольц, Н.Л. 2005. Независимая от арилуглеводородных рецепторов токсичность выветриваемой сырой нефти во время развития рыб. Перспективы гигиены окружающей среды, 113 (12): 1755–1762.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Бэррон М.Г., Карлс М.Г., Хайнц Р., Райс С.Д. 2003. Оценка моделей токсичности рыб на ранних стадиях жизни при хроническом воздействии на эмбрион сложных смесей полициклических ароматических углеводородов. Оксфордские журналы. 78 (1): 60–67.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Сигенака, Г. 2014. Двадцать пять лет после разлива нефти Exxon Valdez: научная поддержка, мониторинг и исследования NOAA. Сиэтл: Управление реагирования и восстановления NOAA.
^ Jump up to: ^а ^б Скиннер, С.К., Рейли, В.К. 1989. Разлив нефти Exxon Valdez: отчет президенту. Национальная группа реагирования США.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Адамс, А. 2015. Краткое изложение информации об экологических и экономических последствиях разлива нефти на глубоководном горизонте компании BP. Национальный совет по защите ресурсов. ИП:15-04-А
^ Инкардона Дж.П., Гарднер Л.Д., Линбо Т.Л., Браун Т.Л., Эсбо А.Дж., Магер Э., Штиглиц Дж.Д., Френч Б.Л., Лабения Дж.С., Лаец Калифорния, Тагал М., Слоан Калифорния, Элизур А., Бенетти Д.Д., Гросселл М., Блок Б.А., Шольц НЛ. 2014. Сырая нефть Deepwater Horizon влияет на развивающиеся сердца крупных хищных пелагических рыб. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 111 (15): 1510–1518.
^ Мюлинг, Б.А., Роффер, М.А., Ламкин, Дж.Т., Ингрэм-младший, Г.В., Аптон, М.А., Гавликовски, Г., Мюллер-Каргер, Ф., Хабтес, С., Ричардс, В.Дж. 2012. Перекрытие между нерестилищами атлантического голубого тунца и наблюдаемой поверхностной нефтью Deepwater Horizon в северной части Мексиканского залива. Бюллетень о загрязнении морской среды. 64 (4): 679–687.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Снайдер, Сьюзен, Эрин Пулстер, Дана Ветцель, Стивен Муравски. 2015. Воздействие ПАУ на донных рыб Мексиканского залива, постглубоководный горизонт. Экологические науки и технологии 49: 8786–8795.
^ Симанженков В. и Идем Р. (2003). Химия сырой нефти (1-е изд.). ЦРК Пресс. https://doi.org/10.1201/9780203014042
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хусейн, Абдель и Мона Мансур. 2015. Обзор полициклических ароматических углеводородов: источник, воздействие на окружающую среду, влияние на здоровье человека и меры по восстановлению. Египетский нефтяной журнал 25: 107–123.
^ Берджесс, Р.М., Рыба, С., Кантвелл, М., Перрон, М.М., Тьен, Р., Тибидо, Л.М. 2001. Биодоступность ПАУ из пирогенных и петрогенных источников с использованием стеклянной рыбы. Ежегодное собрание Общества экологической токсикологии и химии, Балтимор, Мэриленд.

[Carls_et_al._1999-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Карлс, М.Г., Райс, С.Д., Хоуз, Дж.Э. 1999. Чувствительность рыбных эмбрионов к выветренной сырой нефти: Часть I. Воздействие низкого уровня во время инкубации вызывает пороки развития, генетические повреждения и смертность личинок тихоокеанской сельди (Clupea pallasi). Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 481–493.

[Heintz_et_al._1999-2] Jump up to: ^а ^б ^с Хайнц, Р.А., Шорт, Дж.В., Райс, С.Д. 1999 Чувствительность рыбных эмбрионов к выветрившейся сырой нефти: Часть II. Повышенная смертность эмбрионов горбуши (Oncorhynchus gorbuscha), инкубируемых ниже по течению от выветрившейся сырой нефти Exxon Valdez. Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 494–503.

[Incardona_et_al._2005-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Инкардона, Дж.П., Карлс, М.Г., Тероака, Х., Слоан, Калифорния, Кольер, Т.К., Шольц, Н.Л. 2005. Независимая от арилуглеводородных рецепторов токсичность выветриваемой сырой нефти во время развития рыб. Перспективы гигиены окружающей среды, 113 (12): 1755–1762.

[Barron_et_al._2003-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Бэррон М.Г., Карлс М.Г., Хайнц Р., Райс С.Д. 2003. Оценка моделей токсичности рыб на ранних стадиях жизни при хроническом воздействии на эмбрион сложных смесей полициклических ароматических углеводородов. Оксфордские журналы. 78 (1): 60–67.

[25_years_after_Exxon_Valdez-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Сигенака, Г. 2014. Двадцать пять лет после разлива нефти Exxon Valdez: научная поддержка, мониторинг и исследования NOAA. Сиэтл: Управление реагирования и восстановления NOAA.

[Skinner,_Reilly_1989-6] Jump up to: ^а ^б Скиннер, С.К., Рейли, В.К. 1989. Разлив нефти Exxon Valdez: отчет президенту. Национальная группа реагирования США.

[adams_2015-7] Jump up to: ^а ^б ^с Адамс, А. 2015. Краткое изложение информации об экологических и экономических последствиях разлива нефти на глубоководном горизонте компании BP. Национальный совет по защите ресурсов. ИП:15-04-А

[Incardona_2014-8] Инкардона Дж.П., Гарднер Л.Д., Линбо Т.Л., Браун Т.Л., Эсбо А.Дж., Магер Э., Штиглиц Дж.Д., Френч Б.Л., Лабения Дж.С., Лаец Калифорния, Тагал М., Слоан Калифорния, Элизур А., Бенетти Д.Д., Гросселл М., Блок Б.А., Шольц НЛ. 2014. Сырая нефть Deepwater Horizon влияет на развивающиеся сердца крупных хищных пелагических рыб. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 111 (15): 1510–1518.

[9] Мюлинг, Б.А., Роффер, М.А., Ламкин, Дж.Т., Ингрэм-младший, Г.В., Аптон, М.А., Гавликовски, Г., Мюллер-Каргер, Ф., Хабтес, С., Ричардс, В.Дж. 2012. Перекрытие между нерестилищами атлантического голубого тунца и наблюдаемой поверхностной нефтью Deepwater Horizon в северной части Мексиканского залива. Бюллетень о загрязнении морской среды. 64 (4): 679–687.

[synder_2015-10] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Снайдер, Сьюзен, Эрин Пулстер, Дана Ветцель, Стивен Муравски. 2015. Воздействие ПАУ на донных рыб Мексиканского залива, постглубоководный горизонт. Экологические науки и технологии 49: 8786–8795.

[11] Симанженков В. и Идем Р. (2003). Химия сырой нефти (1-е изд.). ЦРК Пресс. https://doi.org/10.1201/9780203014042

[Hussein-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Хусейн, Абдель и Мона Мансур. 2015. Обзор полициклических ароматических углеводородов: источник, воздействие на окружающую среду, влияние на здоровье человека и меры по восстановлению. Египетский нефтяной журнал 25: 107–123.

[13] Берджесс, Р.М., Рыба, С., Кантвелл, М., Перрон, М.М., Тьен, Р., Тибидо, Л.М. 2001. Биодоступность ПАУ из пирогенных и петрогенных источников с использованием стеклянной рыбы. Ежегодное собрание Общества экологической токсикологии и химии, Балтимор, Мэриленд.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]