Характеристика вредного влияния ксенобиотиков на экосистемы: критерии вредного влияния, последствия и формы, зависимость от времени.
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.
При оценке экологической опасности необходимо учитывать природу и процессы метаболических превращений.. 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.
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. 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:
1) может происходить хроническое отравление организмов, ведущее к падению репродуктивной способности.
2) может нарушаться тонкая регуляция межвидовых и внутривидовых взаимодействий, которая опосредована различными хемомедиаторами и хеморегуляторами;
3) сублетальные концентрации, оказывая неодинаковое влияние на конкурентные виды одного трофического уровня, могут нарушать естественный экологический баланс в экосистемах;
4) малые дозы ряда пестицидов могут даже стимулировать воспроизводство популяций некоторых крайне нежелательных видов, наносящих экономический ущерб в агроэкосистемах.
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.
Пути 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;
– использование природных веществ для регуляции различных физиологических процессов и создания интегрированной системы защиты растений.
На основании изложенного выше материала можно сделать следующее заключение:
ксенобиотики включают многие классы веществ, они способны мигрировать по всей биосфере и переходить из одной среды в другую;
биологическое влияние многих ксенобиотиков, действующих совместно, усиливается;
продукты метаболизма многих ксенобиотиков оказываются более токсичными и канцерогенными, чем исходные соединения;
действию ксенобиотиков подвергаются такие структурно-функциональные системы клетки, как генетический аппарат, биомембраны, белки;
трансформация ксенобиотиков в объектах окружающей среды 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.