Экотоксикология

О научном журнале см. Экотоксикология (журнал) .

Анализ экотоксичности микропластика у Daphnia magna

Экотоксикология — это изучение воздействия токсичных химических веществ на биологические организмы , особенно на уровне популяции , сообщества , экосистемы и биосферы . Экотоксикология — междисциплинарная область, объединяющая токсикологию и экологию .

Конечная цель экотоксикологии — выявить и предсказать последствия загрязнения в контексте всех других факторов окружающей среды. На основе этих знаний можно определить наиболее эффективные и действенные действия по предотвращению или устранению любого вредного воздействия. В тех экосистемах, которые уже пострадали от загрязнения, экотоксикологические исследования могут помочь в выборе действий по эффективному и результативному восстановлению экосистемных услуг , структур и функций.

Экологическая токсикология отличается от экологической токсикологии тем, что она объединяет эффекты стрессоров на всех уровнях биологической организации, от молекулярного до целых сообществ и экосистем, тогда как экологическая токсикология включает токсичность для человека и часто фокусируется на эффектах на уровне организма и ниже.

История

Экотоксикология — относительно молодая дисциплина, дебютировавшая в 1970-х годах. в области наук об окружающей среде. Ее методологические аспекты, основанные на токсикологии, расширены и охватывают экологическую сферу человека и биосферу в целом. В то время как традиционная токсикология ограничивает свои исследования клеточным, молекулярным и организменным масштабами, экотоксикология стремится оценить воздействие химических, физико-химических и биологических стрессоров на популяции и сообщества, оказывая воздействие на целые экосистемы. В этом отношении экотоксикология снова принимает во внимание динамический баланс при напряжении.

Экотоксикология возникла после того, как события загрязнения, произошедшие после Второй мировой войны, повысили осведомленность о влиянии сбросов токсичных химикатов и сточных вод на человечество и окружающую среду. Термин «экотоксикология» впервые был произнесен в 1969 году токсикологом Рене Труо во время экологической конференции в Стокгольме. В результате он был де-факто признан основоположником этой дисциплины. Фактически, новаторская роль Жана-Мишеля Жуани, помощника Трюо, в концептуализации этой дисциплины и при определении своих целей, теперь полностью признан. По мнению Жуани, экотоксикология в первую очередь связана с экологией, поскольку ее цель состоит в том, чтобы ограничить влияние факторов стресса на отношения, существующие между организмами и средой их обитания. Жан-Мишель Жуани действительно был молодым и блестящим наставником Рене Трюо, который в то время был уполномочен распространять на международном уровне новую дисциплину, предложенную его молодым помощником. Жан-Мишель Жуани был повышен до звания профессора Университета Нанси в 1969 году. Затем он вместе со своим коллегой Жан-Мари Пелтом изложил принципы преподавания и исследований экотоксикологии в Университете Меца еще в 1971 году.

Во Франции два университета (Мец и Париж-Юг) внесли заметный вклад в расширение этой растущей дисциплины в 1980-х и 1990-х годах. Несколько институтов последовали этому примеру. Действительно, CEMAGREF (ныне IRSTEA), INERIS, IFREMER и CNRS создали исследовательские подразделения в области экотоксикологии, как и другие французские университеты (в Руане, Бордо, Гавре, Лионе, Лилле, Кане...). В 1990-е годы случайно появилось новое ответвление экотоксикологии, известное как Ландшафтная экотоксикология, целью которой является учет взаимодействия между ландшафтными экологическими процессами и экологическими токсикантами, в частности для видов, испытывающих препятствия, связанные с миграционными путями* (например, лососевые).

Распространенные экологические токсиканты

• ПХД ( полихлорированные бифенилы ) – содержатся в охлаждающих и изоляционных жидкостях, наполнителях пестицидов, клеях и гидравлических жидкостях .
• Пестициды – широко используются для предотвращения, уничтожения или отпугивания любых организмов, которые могут считаться вредными. Обычно содержится в коммерческих фруктах, овощах и мясе. Метилпаратион — широко используемый пестицид, используемый в сельском хозяйстве. Метилпаратион вызывает образование токсичных сред для человека, почвы и воды, пресноводных рыб и других гидрофильных организмов в экосистеме. Метилпаратион предполагает наличие множества опасных для жизни факторов риска для здоровья.
• Плесень и другие микотоксины .
• Фталаты содержатся в пластиковой упаковке, пластиковых бутылках и пластиковых контейнерах для хранения пищевых продуктов, которые составляют значительную часть бытовых пластиковых отходов .
• ЛОС ( летучие органические соединения ) – такие как формальдегид ; можно найти в питьевой воде и канализационных системах.
• Диоксины — это класс химических соединений, которые образуются в результате процессов горения, таких как сжигание мусора, а также сжигания топлива, такого как древесина, уголь и нефть.
• Асбест встречается в изоляции потоков, потолков, водопроводных труб и каналов отопления.
• К тяжелым металлам относятся мышьяк, ртуть, свинец, алюминий и кадмий, которые содержатся в рыбе, а также пестициды.
• Хлороформ используется для производства других химических веществ.
• Хлор обычно содержится в бытовых чистящих средствах .

Воздействие токсичных химических веществ

• Химические вещества предполагают риск уничтожения запасов пищи другого животного, что меняет общую популяцию добычи.
• Животные могут оказаться на грани вымирания из-за пищевой цепочки, существующей через различные сообщества. Например, белоголовые орланы, скопы и сапсаны оказались на грани исчезновения, поскольку их источники пищи (рыба и другие птицы) были загрязнены токсинами.
• Мы все связаны между собой сообществами живых существ. Растения могут поглощать токсины через корни и листья. Животные и люди всегда подвергаются воздействию химических веществ через воздух, которым мы дышим, предметы, к которым прикасаемся, и то, что кладем в рот.
• Животные и люди также могут поедать других животных или растения, которые уже отравлены, что будет продолжать распространение химических веществ, что называется вторичным отравлением.

Воздействие на отдельных лиц и все население

• Прямые эффекты – прямое употребление токсина или чего-либо, что было загрязнено токсином, при дыхании, еде или питье.
• Проблемы развития и репродуктивной функции
• Косвенное воздействие – на организмы напрямую влияет потеря пищи, которая сократилась из-за токсинов.
• Сублетальные эффекты - токсины или соединения, которые не вызывают значительной смертности, но вызывают заболевание организма или заставляют его изменить свое поведение.
• Повышенная чувствительность к токсикантам при наличии дополнительных стрессовых факторов окружающей среды.
• При хроническом использовании пестицидов существует риск возникновения аномалий в структуре хромосом у человека, а также воздействия на репродуктивную, нервную и сердечно-сосудистую системы любых животных, подвергшихся воздействию.
• Воздействие токсикантов может повлиять на генетику, в ДНК могут произойти прямые изменения, а если их не исправить, то изменения могут привести к появлению мутаций.
• Загрязнители могут изменить распределение особей в популяции, эффективный размер популяции, скорость мутаций и скорость миграции.

Влияние экотоксичности на сообщество

• Отношения хищник-жертва - либо на хищника воздействует токсин, что приводит к сокращению популяции хищников и, таким образом, к увеличению популяции жертв; или популяция жертв подвергается воздействию токсина, что приводит к сокращению популяции жертв, что, по сути, приведет к сокращению популяции хищников из-за нехватки пищевых ресурсов.
• Экотоксикология сообществ изучает влияние всех загрязнителей на структуру и численность видов , разнообразие, состав сообщества и взаимодействие видов. Сообществам, которые в значительной степени полагаются на конкуренцию и хищничество, будет трудно реагировать и процветать в условиях беспокойства, вызванного загрязнителями. Сообщество, богатое видами, будет иметь больше шансов восстановиться после воздействия экзотоксина, чем сообщество, не богатое видами. Вид может быть легко уничтожен за счет загрязнения иностранными химикатами. Защита отдельных уровней сообщества, таких как видовое богатство и разнообразие, важна для поддержания здоровой, хорошо сбалансированной экосистемы.

Общие эффекты

Показано, что химические вещества препятствуют росту прорастания семян растений различных видов. Растения составляют наиболее важный трофический уровень пирамид биомассы, известный как первичные производители. Поскольку они находятся в нижней части пирамиды, любой другой организм в экосистеме, чтобы выжить, полагается на здоровье и изобилие первичных производителей. Если растения борются с болезнями, связанными с воздействием химических веществ, другие организмы либо умрут от голода, либо заразятся болезнью, поедая уже зараженные растения или животных. Таким образом, экотоксикология — это постоянная битва, которая исходит из многих источников и может затронуть все и вся в экосистеме.

Пути профилактики

Регулирование:

• В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) проверяет все пестициды перед их регистрацией для продажи, чтобы гарантировать, что польза от них перевешивает риски.
• Закон о защите качества пищевых продуктов и Закон о безопасной питьевой воде были приняты в 1996 году, которые требовали от Агентства по охране окружающей среды проверять химические пестициды на предмет потенциального вредного воздействия.
• Внимательно следите за маркировкой при использовании удобрений или пестицидов. Постарайтесь найти продукты, которые окажут меньшее воздействие на окружающую среду.
• Существует множество федеральных законов и законов штата, защищающих птиц, животных и редкие растения. Но первый уровень защиты исходит от того, что мы предпринимаем шаги, чтобы избежать вреда, поскольку мы являемся основным источником всех токсинов.
• Правильная утилизация отходов

Тестирование на экотоксичность

• Испытания на острую и хроническую токсичность проводятся на наземных и водных организмах, включая рыб, беспозвоночных, птиц, млекопитающих, нецелевых членистоногих, дождевых червей и грызунов.
• Руководство по тестированию Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) разработало специальные тесты для проверки уровня токсичности в организмах. Экотоксикологические исследования обычно проводятся в соответствии с международными рекомендациями, включая EPA, OECD, EPPO, OPPTTS, SETAC , IOBC и JMAFF.
• LC50 — это острая токсичность, летальная концентрация, при которой 50% тестируемого организма погибает в течение установленного тестом времени. Тест может начинаться с яиц, эмбрионов или молоди и длиться от 24 до 96 часов. .
• EC50 — это концентрация, которая вызывает неблагоприятные эффекты у 50 % тестируемых организмов (для бинарного эффекта "да/нет", например смертности или определенного сублетального эффекта) или вызывает 50 % (обычно) снижение небинарного параметра, такого как рост. .
• Концентрация отсутствия наблюдаемого эффекта (NOEC) представляет собой самую высокую дозу стрессора, при которой не наблюдается статистически значимой разницы в эффекте (p<0,05), наблюдаемой в тестируемом организме.
• Программа скрининга эндокринных нарушений (EDSP)
• Батарея досмотра уровня 1
• исчезающих видов . Оценка
• Оценки стойкой, биоаккумулятивной и по своей сути токсичности (PBiT) с использованием количественных взаимосвязей структура-активность (QSAR) для классификации регулируемых веществ.
• Биоаккумуляция в рыбе с использованием метода коэффициента биоконцентрации (BCF).

Классификация экотоксичности

Общий объем острой токсичности напрямую связан с классификацией токсичности.

< 1 часть на миллион → Класс I

1–10 частей на миллион → Класс II

10–100 частей на миллион → Класс III

См. также

• Водная токсикология
• Экология
• Экотоксичность
• Экологическая токсикология
• Токсичность
• Токсикология

Библиография

• Альтенбургер, Рольф (2011). «Глава 1. Понимание комбинированных эффектов совместного воздействия металлов в экотоксикологии». Ионы металлов в токсикологии: эффекты, взаимодействия, взаимозависимости . Ионы металлов в науках о жизни. стр. 1–26. дои : 10.1039/9781849732116-00001 . ISBN  978-1-84973-091-4 .
• Агентство США по охране окружающей среды. «Управление химической безопасности и предотвращения загрязнения». 5 октября 2011 г. Агентство по охране окружающей среды США. 9 декабря 2011 г.
• Ань, Цзин; Чжоу, Цисин; Сунь, Юэбин; Сюй, Чжицян (сентябрь 2009 г.). «Экотоксикологическое воздействие типичных средств личной гигиены на прорастание семян и развитие проростков пшеницы (Triticum aestivum L.)». Хемосфера . 76 (10): 1428–1434. Бибкод : 2009Chmsp..76.1428A . doi : 10.1016/j.chemSphere.2009.06.004 . ПМИД   19631961 .
• Базерман, Чарльз и Рене Агустин Де лос Сантос. «Измерение несоизмеримости: токсикология и экотоксикология слепы к тому, что видят другие?» 9 января 2006 г.
• Чепмен ПМ (2002). «Интеграция токсикологии и экологии: вклад «эко» в экотоксикологию». Бюллетень о загрязнении морской среды . 44 (1): 7–15. Бибкод : 2002МарПБ..44....7С . дои : 10.1016/s0025-326x(01)00253-3 . ПМИД   11883685 .
• Клементс, Уильям и Джейсон Рор. (2009) «Реакция сообщества на загрязнители: использование основных экологических принципов для прогнозирования экотоксикологических явлений». Экологическая токсикология и химия 28: стр. 1789-1800.
• Фрич С., Кердасье М., Жироду П., Рауль Ф., Дуэ Ф., Риффель Д., де Вофлери А., Шайфлер Р. (2011). «Пространственно явный анализ переноса металлов в биоту: влияние загрязнения почвы и ландшафта»; . ПЛОС ОДИН . 6 (5): e20682. Бибкод : 2011PLoSO...620682F . дои : 10.1371/journal.pone.0020682 . ПМК   3105103 . ПМИД   21655187 .
• Харли, Кристофер Д.Г.; Рэндалл Хьюз, А.; Хультгрен, Кристин М.; Майнер, Бенджамин Г.; Сорт, Каскад Дж.Б.; Торнбер, Кэрол С.; Родригес, Лаура Ф.; Томанек, Ларс; Уильямс, Сьюзен Л. (февраль 2006 г.). «Воздействие изменения климата на прибрежные морские системы» . Экологические письма . 9 (2): 228–241. Бибкод : 2006EcolL...9..228H . дои : 10.1111/j.1461-0248.2005.00871.x . ПМИД   16958887 .
• Лисс, Матиас; Фойт, Каарина; Ниллманн, Саския; Шефер, Ральф Б.; Лисс, Ханс-Дитер (9 сентября 2016 г.). «Прогнозирование синергии множественных стрессовых эффектов» . Научные отчеты . 6 (1): 32965. Бибкод : 2016NatSR...632965L . дои : 10.1038/srep32965 . ПМК   5017025 . ПМИД   27609131 .
• Гуманное общество США. (2011). Экотоксичность. Получено 12 декабря 2011 г. с веб-сайта Procter & Gamble: http://alttox.org/ttrc/токсичность-tests/ecoтоксичность/.
• Молтби, Л. ; Нейлор, К. (1990). «Предварительные наблюдения об экологической значимости анализа «возможности роста» гаммаруса: влияние цинка на воспроизводство». Функциональная экология . 4 (3): 393–397. Бибкод : 1990FuEco...4..393M . дои : 10.2307/2389601 . JSTOR   2389601 .
• Ньюман, Майкл С.; Клементс, Уильям Х. (13 декабря 2007 г.). Экотоксикология: комплексное лечение . ЦРК Пресс. ISBN  9781420005011 .
• Ньюман, Майкл С.; Джаго, Чарльз Х. (12 января 1996 г.). Экотоксикология: иерархический подход . ЦРК Пресс. ISBN  9781566701273 .
• Государственный университет Орегона. (2011, март). Информационный бюллетень по теме экотоксикологии. Получено 6 декабря 2011 г. с веб-сайта Национального информационного центра по пестицидам: http://npic.orst.edu/factsheets/ecotox.pdf.
• Релиа, Рик; Ховерман, Джейсон (октябрь 2006 г.). «Оценка экологии в экотоксикологии: обзор и синтез в пресноводных системах» . Экологические письма . 9 (10): 1157–1171. Бибкод : 2006EcolL...9.1157R . дои : 10.1111/j.1461-0248.2006.00966.x . ПМИД   16972879 .
• Труо, Рене (сентябрь 1977 г.). «Экотоксикология: цели, принципы и перспективы». Экотоксикология и экологическая безопасность . 1 (2): 151–173. Бибкод : 1977ЭкоЭС...1..151Т . дои : 10.1016/0147-6513(77)90033-1 . ПМИД   617089 .
• Страален, Нико М. Ван (сентябрь 2003 г.). «Рецензируемая книга: экотоксикология становится стрессовой экологией» . Экологические науки и технологии . 37 (17): 324А–330А. Бибкод : 2003EnST...37..324S . дои : 10.1021/es0325720 . ПМИД   12967088 .

Дальнейшее чтение

• Коннелл, Дес; и др. (1999). Введение в экотоксикологию . Блэквелл Наука. ISBN  978-0-632-03852-7 .
• Кэтрин А. Харрис, Александр П. Скотт, Эндрю К. Джонсон, Грейс Х. Пантер, Дэйв Шихан, Майк Робертс, Джон П. Самптер (2014): Принципы надежной экотоксикологии. Окружающая среда. наук. Технол., Статья как можно скорее, дои : 10.1021/es4047507

Внешние ссылки

• Европейский центр экотоксикологии и токсикологии химических веществ
• Сайт ecotoxmodels, посвященный экотоксикологии и моделям
• Онлайн-биомониторинг качества воды путем круглосуточной записи поведения и физиологии различных двустворчатых моллюсков по всему миру (биологические ритмы, скорость роста, нерест, ежедневное поведение): MolluSCAN глазной проект
• Система индикаторов SPEAR информирует о загрязнении рек пестицидами.