Ксенобиотиков на экосистемы

К важнейшим задачам при анализе воздействия ксенобиотиков на экосистему относится выявление их вредного влияния (качественное и количественное) и разработка мероприятий, предотвращающих это негативное влияние.

Под вредным воздействиям, наносимым соответствующей экосистеме, понимают:

– явственные изменения обычных колебаний численности популяции;

– долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.

Возможные последствия и формы вредного воздействия ксенобиотиков классифицируют в соответствии со следующей схемой:

Полное разрушение экосистемы в результате нарушения целостной интактной структуры (биотопа) и ее функций (биоценоза).

Пример: уничтожение мангровых лесов в результате применения дефолиантов во время войны во Вьетнаме.

Глубокие изменения биотопа.

Пример: засоление пресноводных биотопов; «современное ухудшение состояния лесов»

Постоянное загрязнение биотопа.

Пример: эвтрофикация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств биогенных элементов (азот, фосфор)

Массированные загрязнения.

Пример: загрязнение рек и водоемов нефтью при авариях танкеров

Широко распространенное уменьшение видового разнообразия.

Пример: использование пестицидов и удобрений в агроценозах

Направленное уничтожение отдельных видов растений и животных.

Пример: использование пестицидов, в особенности в урбанизированных экосистемах.

Изменения, вызываемые ксенобиотиками в экосистемах в значительной мере определяются временем воздействия (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Воздействие ксенобиотиков на биологические системы по мере их усложнения

Нарушения поведения в биохимических реакциях наступают немедленно, а физиологические и морфологические – часы и недели; изменения индивидуального жизненного цикла – сутки и месяцы; месяцы – годы приводят к популяционным воздействиям, а десятилетия вызывают экологические нарушения. Однако в приведенной схеме не учитываются приспособительные реакции особь/популяция, а также процессы детоксикации и влияния таких факторов как, например возраст, пол, репродуктивные способности и другие.

Анализ воздействия включает оценку влияния ксенобиотиков на изменения видового состава и функций экосистемы. В этом случае последствия могут проявляться как в количественном, так и в качественном отношении. Исследования колебаний видового состава, а также взаимосвязей видов на одном трофическом уровне носят преимущественно качественный характер.

Такое же важное значение, как и структурно-видовые изменения, имеют функциональные нарушения в экосистеме. Здесь речь идет в принципе о контрольных количественных параметрах роста организмов и обмена веществ. Например, измерение объемных показателей роста растений является чувствительным методом обнаружения возможного влияния вредных веществ, особенно в области, близкой к границе токсичности. Снижение показателей биопродуктивности высших растений (деревьев) в некоторых случаях количественно обнаруживается только через несколько лет. Однако в качестве дополнительного критерия может служить снижение фотосинтетической активности.

Итак, изучение путей биотрансформации ксенобиотиков в экосистемах и входящих в их состав организмах показывает, что экологическая опасность ксенобиотиков-поллютантов определяется 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 биодеградабельных соединений, т. е. материалов и веществ, относительно быстро разлагаемых в экосистемах без образования токсичных или персистентных продуктов распада.

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

Схема действия ксенобиотиков в экосистемах представлена на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Наноматериалы и окружающая среда

Есть основания предполагать, что наиболее существенным свойством, детерминирующим специфику действия наночастиц, является их чрезвычайная стабильность. В силу данного свойства они практически не подвержены биотрансформации и не элиминируются из клеток, вызывая в них деструктивные процессы [там же, с. 13–14]. По мнению Г.В. Яковлевой и А.А. Стехина, «основное токсическое действие наночастиц обусловлено не самим веществом, из которого они получены, а их электрофизическими особенностями» [18, с. 26], способствующими доставке токсичных соединений к активным центрам рецепторов и формированию аномально большого количества свободных радикалов.

Негативное влияние наночастиц на окружающую среду также связана с повышенной адсорбцией ими ксенобиотиков, что резко расширяет возможности транспорта внутрь клеток и клеточных органелл, нарушая их биологические функции. При этом «наночастицы не распознаются защитными системами организма. Это ведет к накоплению их в растениях, животных организмах и микроорганизмах, что увеличивает возможность поступления в организм человека»

Использование наночастиц в различных областях народного хозяйства оказывают влияние на различные компоненты окружающей среды (табл. 10.3).

Таблица 10.3