170127 (Токсини водоростей та морських безхребетних)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Львівський національний університет імені Івана Франка

Реферат

на тему:

«Токсини водоростей та морських безхребетних»

Підготувала

студент групи ХМХ-43

Горон Роман

Львів-2010

Вступ

водорость морський безхребетний

Яди біологічного походження називаються токсинами. Токсин (від грец. toxikon — «отрута для використання на стрілах») — отруйна речовина, що виробляється живими клітинами або організмами. Токсини майже завжди є білками, здатними до породження хвороби або й навіть можуть викликати смерть. Важкі отруєння людей та тварин, води прісноводних та морських водойм обумовлені масовим розмноженням («цвітіння» води) токсичних водоростей. Їх токсичні продукти накопичуються в об’єктах другої ланки екологічного ланцюга (молюски, риби), через які передаються відповідно у третю ланку (наземні тварини та людина). Не виключене отруєння травоїдних на водопої при попаданні в шлунок зараженої води та фітопланктону, а також при купанні під час «цвітіння» води. Під час "цвітіння" води у ній утворюється значна біомаса (більше 100–200 г/л та міліони клітин синьозелених водоростей).

Значна частина біомаси мешканців моря припадає на частку безхребетних. Серед них чимало отруйних видів, які належать різним таксонам: губки, кишковопорожнинні, черви, молюски, голкошкірі. У вирішенні проблеми комплексної утилізації продуктів моря важливе значення надається отруйним безхребетним, багато з яких є продуцентами біологічно активних речовин з потенційно корисними властивостями.
Особливий інтерес у дослідників викликає та обставина, що гідробіонти часто продукують оригінальні структурні з'єднання, що не зустрічаються у мешканців суші. Не менш важливо знати і особливості вражаючої дії отруйних тварин моря в профілактичних і лікувальних цілях.

Вже кілька десятиліть відбувається інтенсивний пошук і вивчення токсинів з водоростей та морських безхребетних. В результаті цього є виявлення та встановлення будови багатьох незвичайних природних сполук нових типів, і, судячи зі зростаючого інтересу до такого роду досліджень, водні і морські організми ще довго будуть багатим джерелом нових речовин з різноманітними біологічними властивостями. Перший класичний опис «червоних припливів» знаходиться в Біблії: «І вся вода в ріці перетворилась в кров. І риба в річці вимерла, і ріка почала неприємно пахнути, і Єгиптяни не могли пити воду з ріки; і була кров по всій Землі Єгипетській…». Причина цього явища на мілководних частинах моря або поблизу узбережжя, вперше встановлена у 1928р. Г.Соммером. Вона полягає у масовому розмноженні токсичних мікроводоростей дінофлагелатів, головним чином родів Gonyaulax, Glenodinium, Peridinium, Gyrodinium, Noctiluca і Gymnodinium, в результаті чого вода виявляється зараженою їх токсинами і майже всі решта морські мешканці гинуть або рятуються, втікаючи.

Дінофлагелят Gonyaulax tamarensis

З токсичних водоростей (Algae ) найбільш важливе токсикологічне й екологічне значення мають токсини синьо-зелених водоростей.

Синьо-зелені водорості є найбільш древнім примітивним відділом фотосинтезуючих нижчих організмів. Вони класифікуються як ціанобактерії й представлені одно-, багатоклітинними й колоніальними формами, що входять до складу планктонів, бентосу й педоценозів. Поряд з фотосинтезом у синьо-зелених водоростей добре розвинутий міксотрофізм (тобто харчування готовими органічними речовинами подібно до грибів), який дозволяє їм харчуватися не тільки мінеральними, але й готовими органічними сполуками, тобто при нестачі в середовищі мінеральних солей, вони тимчасово переходять на міксотрофний тип харчування.

При сприятливих умовах активно розвиваються мікроцистіс, афанізоменон і анабена (явище "цвітіння" води). За вегетаційний період (70 діб) одна материнська клітина водорості може дати близько 1020 дочірніх клітин.

Прижиттєві й посмертні виділення цих водоростей є найсильнішими токсинами, які поєднуються загальною назвою ціанотоксини. Ціанотоксини добре розчинні у воді, безбарвні, не мають запаху, досить стійкі (не руйнуються кип'ятінням), що сприяє їхньому нагромадженню у харчовому ланцюгу й потраплянню в організм тварин і людини.

У більшості синьо-зелених водоростей найбільш активне утворення токсинів відбувається при рН середовища 8,5 - 10,0 і температурі води 25-28°С.

Альготоксини (токсини водоростей) зберігають свою початкову активність у водному середовищі протягом 20-ти діб й погіршують органолептичні показники води.

Наприклад, приведемо характеристику запахів, специфічних для токсинів деяких родів планктонних водоростей:

• Asterionella - при незначному розвитку водоростей ― слабкий землистий запах; при значному ― запах герані; при дуже великому ― сильний рибний запах;

• Tabellaria - ароматний, геранієвий, рибний;

• Pandorina- рибний;

• Eudorina- слабкий рибний;

• Aпаbаeпа - запах цвілі або трави; при великій чисельності водоростей ― запах красолі; при розкладанні водоростей ― запах свинячого хліва;

• Aphanizomenon - запах цвілі, трави;

• Coelosphaerium - запах свіжої трави.

Серед токсичних прісноводних синьо-зелених водоростей відома Anabaena flos-aquae,

Прісноводна синьо-зелена водорость Anabaena

токсичний штамм якої був причиною загибелі скота в Канаді в 1961р. В 1966р. з неї був виділений анатоксин А (2-ацетил-9-азобіцикло(4-2-1)нон-2ен), будову якого встановлено в 1972р. рентгеноструктурним аналізом. Анатоксин А є сильним нейротоксином, що викликає в летальних дозах смерть протягом 2-7хв. Він знаходить широке застосування при вивченні процесів нервово-мязової передачі.

Анатоксин А

Він є потужним стереоспецифічним антагоністом Н-холінорецепторів. Анатоксин А блокує нервово-м’язову передачу по деполяризуючому типу, що проявляється сильною початковою контрактурою з подальшим повним паралічем скелетної та дихальної мускулатури. ЛД50 для мишей та щурів цієї отрути складає 0,5 мг/кг при внутрішньочеревинному введенні, 0,1–1 мг цього токсину пригнічує фермент холінестеразу.

Афанізоменон (Aphanisomenon flos-aquae) (L) Ralfs — продуцент термостабільних у кислому середовищі афантотоксинів, які містять неосакситоксин (90 %) та сакситоксин (10 %). Істотні зміни в токсичності водоростей пов'язані з різними стадіями росту водоростей. Токсичність збільшується зі збільшенням віку і щільності культури. Низька токсичність на ранніх стадіях розвитку водорості обумовлена особливостями обміну в культурі. Утворення токсину також залежить від температури і освітленості. Що стосується освітленості, то чим вона вище, тим більше утворюється токсину. Токсином Aphanizomenon flos-aquae є ендотоксин, який зберігається всередині здорових клітин і вивільняється тільки після їх лізису. Він є дуже активним блокуючим агентом для нервової та м'язової тканин. За хімічною природою він є похідним гуанідину, слабкою основою. Такі ж токсини були виділені у морських піридиній Gonyaulax та Q. amarensis. Механізм дії пояснюється тим, що гуанідинова група молекули вказаних токсинів застрягає в іонотранспортній ділянці Na+-каналу і блокує його.

Мікроцистіс сірувато-зелений (Microcystis aeruginosa) продукує поліпептидні токсини, зокрема мікроцистин, який містить L-тирозин, D-аланін, D-ізоглутамінову кислоту, бета-D-аспарагінову кислоту, N- метилдегідроаланін, L-метіонін; LD50 токсину становить 0,1 мкг для мишей при внутрішньочеревинному введенні.. Токсин викликає тромбоцитопенію з наступними крововиливами в легені та печінку, тромбози, збільшення печінки.

Мікроцистіс сірувато-зелений (Microcystis aeruginosa)

Що стосується дії на безхребетних, то мікроцистіс дуже токсичний для дафній, циклопів і коловерток. Цей токсин також спричиняє тромбоцитопенію, тромбоз легень, збільшення печінки. Розрізняють шлунково-кишкову, шкірно-алергічну, м’язову та змішану форми отруєнь токсинами синьозелених водоростей.

Масову загибель риби і інтоксикацію людей на берегах Флориди і в Мексиканській затоці викликає бреветоксин Ptychodiscus(Gymnodinium) breve.

Ptychodiscus(Gymnodinium)breve

Він продукує цілу групу ліпофільних бреветоксинів, з яких найбільш активним є бреветоксин А.

Бреветоксин А

Основний вклад у дослідженні цих токсинів внесли групи К.Наканісі і Дж.Кларді (США), а структура бреветоксину А встановлена у 1986р. групами Ю.Шшиміцу(Канада) і Дж.Кларді (США). Бреветоксини ― незвичайні поліефірні сполуки, що складаються з 10-11 насичених оксигеновмісних циклів різної величини. Їхня токсичність зумовлена блокуванням нервово-мязової передачі.

При зараженні синьо-зеленими водоростями води водогінної мережі виникають масові отруєння типу токсичного гастроентериту, подібного до дизентерійного чи холерного. Захворювання після вживання зараженої синьозеленими водоростями риби (щука, судак, минь, окунь) починається раптово болем у м’язах верхніх та нижніх кінцівок, попереку, грудної клітини, ціанозом, сухістю в роті, блювотою, появою сечі темного кольору (міоглобін). При цьому можливий розвиток асфіксії через параліч дихальної мускулатури. Хвороба з таким синдромом отримала назву юксовсько-сартландської. Варто зазначити, що одним з показників забруднення води альготоксинами є її сильний рибний запах. В системі профілактичних заходів по попердженню масових отруєнь альготоксинами одне з основних місць посідає гідробіологічний контроль якості води. Для профілактики отруєнь альготоксинами потрібно проводити тривале кип’ятіння води, фільтрацію її через активоване вугілля, озонування води на водоочисних спорудах. Варто нагадати, що розповсюдженість, потенціальна можливість утворюватися у різних середовищах довкілля в природних умовах у великих кількостях, висока токсичність, здатність забруднювати ряд об’єктів довкілля у значних концентраціях та невідворотність контакту людини з цими токсикантами з наступним проникненням в організм різними шляхами (пероральний, аерогенний, черезшкірний) обумовлюють високий ризик масових гострих та хронічних отруєнь.

Хто не пам'ятає з дитинства сакраментальну фразу: «Чистота - запорука здоров'я»? Однак, як виявляється, в цієї медалі є й зворотний бік. Уже не перший рік екологи б'ють на сполох із приводу того, що зростання попиту на синтетичні мийні засоби, які посилено рекламуються по телебаченню, загрожує черговою екологічною кризою. Річ у тім, що в переважній більшості пральних порошків на нашому ринку основним компонентом є фосфатні сполуки, які потім разом зі стічною водою потрапляють у відкриті водойми. Навіть найсучасніші фільтри для очищення води неспроможні затримати їх. Осідаючи на дно, вони стають добривом для синьо-зелених водоростей, що починають активно розмножуватися, і вода «зацвітає». Всього один грам триполіфосфату натрію стимулює утворення 5-10 кілограмів водоростей. А за даними журналу «Бізнес», у 2002 році в Україні було продано 180-220 тисяч тонн пральних порошків. За мінімальними підрахунками, у воду потрапило 27 тисяч тонн триполіфосфату натрію. Не треба бути великим математиком, щоб оцінити масштаби можливої катастрофи. Зрештою, наслідки нашої боротьби за чистоту можна спостерігати неозброєним оком з весни до осені на будь-якій водоймі. Синьо-зелені водорості маленькі й безпечні лише на перший погляд. Їх активне розмноження призводить до погіршення смакових якостей води і виникнення неприємного запаху. Перевищення критичної маси водоростей активізує процес саморозкладу, що призводить до забирання з води кисню і виділення натомість метану, сірководню, аміаку, інших токсичних речовин. У результаті гинуть не лише риби. Відомі випадки масового отруєння домашніх тварин, що пили воду з водойм із синьо-зеленими водоростями. Особливу небезпеку може становити момент початкового етапу розкладу біомаси синьо-зелених, коли клітини мікроорганізмів не втратили в своїй більшості здатності до продукування альготоксинів, а азотомісткі компоненти відмерлих клітин починають розкладатися, виділяючи токсичні продукти розпаду. В останні роки було доведено, що, крім різних видів отруєнь, викликаних водоростями, токсини ціанобактерій активізують розвиток ракових клітин. Щороку смертність серед тих, хто споживає забруднену водоростями воду, в п'ять разів вища, ніж серед тих, хто п'є чисту воду. Досліди в Австралії показали: забруднення питної води синьо-зеленими водоростями призводить до невиношування вагітності, низької ваги новонароджених, уроджених каліцтв, пухлин шлунково-кишкового тракту, підвищення захворюваності та зниження тривалості життя. У спеку водойми можуть нагріватися настільки, що стають небезпечними для людей . Екологи знайшли у таких водах багато шкідливих бактерій і речовин, що дивуєшся наскільки живучі люди, які купаються. Все це відбувається через швидке розповсюдження водоростей та загибель молюсків у надто теплій воді. Юрій Плігін із Інституту гідробіології каже, що через високу температуру, яка часом сягає 29 градусів за Цельсієм, у водоймах гинуть молюски, які відповідають за природнє очищення води. "Ми беремо проби води, аналізуємо її і знаходимо тільки мертві мушлі молюсків. А вони профільтровують і освітляють воду. Зараз цей процес, на жаль, не відбувається. "Окрім відсутності природніх фільтрів води в озерах і особливо у водосховищах поширюються "підступні" синьо-зелені водорості. З одного боку вони продукують кисень і створюють кормову базу для риб. З іншого —виділяють у воду небезпечні органічні речовини (поліпептиди), які викликають алергічну реакцію. Це може бути висипання на шкірі, почервоніння, висока температура і навіть розлад шлунково-кишкового тракту, якщо під час купання людина ковтне трохи води із цими водоростями. Токсини, кажуть науковці, виділяються в товщу води. Тому у чутливих до алергічних реакцій людей такі симптоми можуть виникнути просто від купання у водоймі. Учені радять також остерігатися неглибоких озер та ставків із непроточною водою. Вони швидко нагріваються, і в таких водоймах, імовірно, більше розмножується бактерій. Це можуть бути стафілококи і стрептококи. Найменша подряпина і людина може інфікуватися.

У газеті «Дзеркало Тижня» за 2005 рік була опублікована стаття, в якій говорилося: «У Київському зоопарку справжня екологічна катастрофа – його атакували синьо-зелені водорості. В народі цей процес називають «цвітінням води». Вони заполонили водойми на території зоопарку, а це є досить загрозливим, адже синьо-зелені водорості не лише мають неприємний запах та колір, а ще й токсичні для більшості видів риб та водоплаваючих птахів. Токсини, що виділяються під час своєї життєдіяльності синьо-зелені водорості потрапляють до організму риб через зябра та шкіру, а також з їжею та викликають патолого-анатомічні зміни: крапково-плямисті крововиливи у шкіру, розлади нервової системи. Якщо не почати боротися з водоростями вчасно, весь зоопланктон та риби у водоймі можуть загинути. Натомість розмножаться бактерії, вивести які буде надзвичайно важко. На щастя, зусиллями співробітників Київського зоологічного парку спільно з Державним комітететом рибного господарства України катастрофу у водоймах зоопарку було попереджено за допомогою звичайного негашеного вапна. Воно виявилося дуже ефективним у таких випадках. Процес очищення водойм відбувається таким чином: спочатку акваторію та її береги чистять від надлишку рослинності та органічних відходів, потім доливають свіжої води, а насамкінець додають розведене негашене вапно, що нейтралізує кислу реакцію ґрунту та води.»

Значна частина біомаси мешканців моря припадає на частку безхребетних. Серед них чимало отруйних видів, які належать різним таксонам: губки, кишковопорожнинні, черви, молюски, голкошкірі.