Экологическая опасность процессов разрушения ксенобиотиков в биоценозах.

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. Конкретный ксенобиотик может легко разрушаться в одной среде, но может быть устойчивым в других условиях.

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.

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

При оценке экологической опасности необходимо учитывать природу и процессы метаболических превращений. Важно помнить: 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. 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. 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 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.