Устойчивые и неразлагающие поллютанты. Экологическая опастность биоразрушаемых поллютантов и остатков неразложившихся полюсов.

В связи с неспособностью экосистем к полной биодеградации ксенобиотиков создается эколо­гическая опасность, обусловленная наличием в биосфере как ус­тойчивых (персистентных) или вообще не разлагающихся в окру­жающей среде ксенобиотиков, так и подвергающихся биодегра­дации. В этой связи возникает несколько возможных ситуаций:

• нарушение функционирования экосистем, обусловленное наличием устойчивых, неразлагающихся или разлагающихся крайне медленно ксенобиотиков. В конечном итоге ксенобиотики, постоянно накапливаясь, будут оказывать негативное воздействие на экосистемы;

• нарушение нормального функционирования экосистем, связанное с наличием биоразрушаемых ксенобиотиков. Причины такого нарушения: природа пре­вращений и аккумуляции ксенобиотиков; опасностью воз­действия больших доз; воздействием малых (сублеталь­ных) концентраций.

Природа превращений и аккумуляция ксенобиотиков. Спо­собность ксенобиотиков распространяться в окружающей сре­де создает проблемы, связанные с длительностью их сохранения в природных условиях. Легко разрушаемые соединения большей частью не считаются потенциально опасными для окружающей среды. Тем не ме­нее необходимо проводить сравнительный анализ и знать спо­собность различных организмов разрушать то или иное вещес­тво. Конкретный ксенобиотик может легко разрушаться в одной среде, но может быть устойчивым в других условиях.

Наряду с определением скорости разрушения вещества очень важно также изучить, какие типы веществ образуются в процессе такого разрушения. Если органическое вещество разрушается полностью с образованием углерода и воды, как это происходит во многих микробных системах, такого вопро­са не возникает.

ДДТ оказывает очень большое влияние на природную сре­ду; он очень устойчив к метаболическому разрушению, слабо растворяется в воде, липофилен. Однако согласно установлен­ной последовательности реакций ДДТ все же распадается на ряд производных. Так, например, при удалении из молекулы ДДТ атома хлора образуется ДДД, а при отщеплении НС1 — ненасыщенное соединение ДДЭ. Оказывается, ДДЭ — еще более опасное для окружающей среды вещество, чем ДДТ, поскольку оно еще медленнее метаболизируется и разрушается.

Превращение ДДТ в ДДЭ — основная причина возникнове­ния экологической проблемы. Если ДДТ превращается в ДДД, то последний быстро разрушается; однако чаще ДДТ превраща­ется в ДДЕ — соединение исключительно устойчивое, и именно этот метаболит обычно обнаруживается в окружающей среде. Если бы процесс разрушения ДДТ можно было отрегулировать так, чтобы направить его в сторону образования не ДДЭ, а толь­ко ДДД, то проблема, обусловленная попаданием ДДТ в окру­жающую среду, была бы значительно менее острой.

В некоторых микробиологических системах при разруше­нии ДДТ образуются диоксид углерода и вода, однако последовательность протекающих при этом реакций не уста­новлена.

Как мы уже говорили, ключевым фактором в проблеме загрязнения окружающей среды ртутью является не только ее медленное перераспределение в биосфере, но и биотрансформа­ция, например превращение микроорганизмами неорганичес­кой ртути в метилртуть. Если бы этот процесс не происходил, то поступление ртути в окружающую среду не представляло бы такой опасности по сравнению с существующей.

При оценке экологической опасности необходимо учиты­вать природу и процессы метаболических превращений. Важно помнить тот факт, что почти любой органический ксенобиотик может метаболизироваться в каком-либо организме, и часто в результате довольно сложных последовательностей реакций образуются многочисленные метаболиты. Степень накопления метаболитов в организме зависит от относительных скоростей их образования и последующего метаболизирования и (или) вывода из организма. Метаболит накапливается в организме, если он вырабатывается с относительно высокой скоростью, тогда как последующие метаболические реакции идут с мень­шей скоростью или скорость выведения метаболита из организ­ма мала по сравнению со скоростью его образования.

Природу метаболических превращений следует учитывать при разработке аналитических методов. Например, при опреде­лении остатков 2,4-Д (дихлорфеноксиуксусной кислоты) в обра­ботанных этим гербицидом растениях нужно учитывать сле­дующее. Вещество можно экстрагировать в виде соли в водном растворе, затем необходимо снизить рН, чтобы перевести кисло­ту в неионизированную форму. В такой форме оно экстрагиру­ется неполярным растворителем, затем очищается и анализиру­ется. В растениях обычно протекают реакции конъюгирования, и 2,4-Д может быть связан с остатками некоторых углеводов. Образованное соединение обладает значительной полярностью, поэтому после экстрагирования и подкисления извлечь его не­полярным растворителем оказывается невозможным. Если этот факт не учитывать, то ксенобиотик можно вообще не обнару­жить. Поэтому до экстракции вещества необходимо определить

возможность образования конъюгатов и разрушить их. В про­тивном случае можно получить неверные данные.

Экологическая опасность больших доз биоразрушаемых ксе­нобиотиков и остатков неразложившихся ксенобиотиков свя­зана с возможностью нарушения практически всех элементов структуры и функционирования экосистем, включая видовое богатство и разнообразие видов, структуру популяций, стабиль­ность и продуктивность экосистем. Необходимо подчеркнуть сле­дующее: большие' дозы ксенобиотиков могут нести огромную экологическую опасность, во-первых, поскольку они отравля­ют организмы раньше, чем те успевают их метаболизировать, и, во-вторых, в связи с накоплением этих веществ организмами. В результате биоконцентрации может усиливаться токсическое воздействие ксенобиотиков и ухудшаться качество кормовой базы для организмов вышестоящих трофических уровней.

Опасность сублеталъных (талых) концентраций (доз) обусловлена следующими факторами:

а) может происходить хроническое отравление организмов, ведущее к падению репродуктивной способности. Например,отравление ПХБ и пестицидами способствовало развитиюбесплодия в популяции тюленя в Балтийском море. В конечном итоге это может приводить к вымиранию популяции из-за снижения рождаемости;

б) может нарушаться тонкая регуляция межвидовых и внутривидовых взаимодействий, которая опосредована различными хемомедиаторами и хеморегуляторами;

в) сублетальные концентрации, оказывая неодинаковое влияние на конкурентные виды одного трофического уровня,могут нарушать естественный экологический баланс в экосистемах;

г) малые дозы ряда пестицидов, как оказалось, могут даже стимулировать воспроизводство популяций некоторых крайненежелательных видов, наносящих экономический ущербв агроэкосистемах. Так, в одной из серии опытов сублетальные дозы ДДТ, диэльдрина и паратиона увеличивалиотложение яиц колорадским жуком на 50,33 и 65 % соответственно.

Итак, изучение путей биотрансформации ксенобиотиков в экосистемах и входящих в их состав организмах показывает, что экологическая опасность ксенобиотиков-поллютантов опре- деляется не только их непосредственной токсичностью, но и ток­сичностью и персистентностью продуктов их биотрансформации, а также способностью ксенобиотиков и продуктов их биотрансформации влиять на биохимические и физико-химические про­цессы в экосистемах.

Принципиальное значение имеет соотношение между ско­ростью поступления ксенобиотиков в конкретные экосистемы и скоростью их деградации.

Один из путей снижения нежелательных последствий за­грязнения биосферы — разработка, производство и применение биоразрушающихся соединений, т.е. материалов и веществ, относительно быстро разлагаемых в экосистемах без образо­вания токсичных или персистентных продуктов распада.

Еще один йажный путь — использование природных ве­ществ для регуляции различных физиологических процессов и создания интегрированной системы защиты растений.

Схема действия ксенобиотиков в экосистемах представле­на на рис. 1.

Завершая очень сжатую характеристику механизмов вли­яния ксенобиотиков на экосистемы и возможных его послед­ствий, отметим некоторые основные положения:

• ксенобиотики включают многие классы веществ, они способны мигрировать по всей биосфере и переходить изодной среды в другую: из атмосферы в океан, с суши в водоемы и т.д.;

• биологическое влияние многих ксенобиотиков, действующих совместно, усиливается, т.е. в функциональном смысле мы наблюдаем кумулятивный эффект, превышающий
сумму эффектов отдельных веществ. Кроме того, продуктыметаболизма многих ксенобиотиков оказываются более токсичными и канцерогенными, чем исходные соединения;

• действию ксенобиотиков подвергаются такие структурно-функциональные системы клетки, как генетическийаппарат, биомембраны, белки;

• трансформация ксенобиотиков в объектах окружающейсреды может приводить к появлению более персистентных соединений и остатков неразложившихся токсикантов;

• многие ксенобиотики (например, гидрофобные пестици­ды некоторые металлы и их соединения) способны акку­мулироваться в живых организмах в более высоких кон­центрациях, чем в окружающей среде;

• экологическую опасность представляют даже низкие, субле­тальные концентрации ксенобиотиков, которые (особенно при длительном воздействии) могут в течение ряда поколе­ний снижать воспроизводство в популяциях и тем самым приводить к их вымиранию.

Рис. 1. Общая схема действия экологических ксенобиотиков

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: