Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Это положение можно применить к таким случаям, как адсорбция растениями пестицида из воздуха после опрыскивания или адсорбция организмами ПХБ в водной среде. Величина поверхности на единицу массы или объема повышается при уменьшении размера частицы. Следовательно, если адсорбция в процессе аккумулирования играет значительную роль, то можно ожидиъ, что более мелкие организмы будут накапливать в единице объема большее количество вещества, чем более крупные. Действительно, сушествуют заметные различия в способности накопления веществ у клеток неодинаковой величины.
Так, шесть видов водорослей, различающиеся размерами, в разных количествах накапливали ДДТ. У тех видов, которые имели более крупные клетки, способность накапливать ДДТ была более низкая. Убитая культура клеток водорослей имела приблизительно такую же способность к аккумулированию ДДТ, как и живые организмы.
Это возможно при поглощении веществ по адсорбционному механизму, а не по механизму, требующему расхода энергии. Наблюдалось также, что нитчатые водоросли, которые образуют длинные нити с очень большой поверхностью, обладают более высо- 170 кой способностью аккумулировать вещества из водной среды по сравнению с другими видами, имеющими меньшую поверхность.
Следовательно, доступная для вещества поверхность относится к лимитирующим факторам, особенно в тех случаях, когда адсорбция является определяющим процессом в накоплении. Распределение. Большинство организмов содержит значительные жировые отложения; в этих тканях накапливаются ксенобиотики с большими значениями коэффициента распределения. Содержание жира в организме также указывает на его способность аккумулировать данный тип веществ. Так, способность аккумулировать ПХБ коррелировала с содержанием липида в планктоне.
Таким образом, степень аккумулирования зависит от способности веществ распределяться в жировык депо. Способность данного ксенобиотика распределяться в жировых депо организма также может влиять на его период полувыведения. Жировые ткани в процессак метаболического преобразования являются не самыми активными. Следовательно, если вещество распределилось в таких тканях, оно может сохраняться там до тех пор, пока организм не израсходует весь жир. Устойчивые в окружающей среде ксенобиотики очень плохо растворяются в воде.
Следовательно, среда обитания конкретного организма может существенно влиять на его способность аккумулировать ксенобиотики. Организмы, обитающие на дне среди осадков, подвергаются воздействию более высоких концентраций ксенобиотика, чем находящиеся в верхник слоях того же самого участка водоема. На процесс аккумулирования может влиять и размер частиц, проглатываемых организмами. Поскольку на более мелких частицах„как уже отмечалось, адсорбированное на их поверхности чужеродное вещество содержится в более высоких концентрациях, организмы, проглатывающие такие частицы, будут подвергаться воздействию более высокого содержания ксенобиотика. Важным фактором является и количество потребляемой пищи.
Организмы, нуждающиеся в относительно большом количестве пищи, могут аккумулировать чужеродное вещество из окружающей среды в большей степени при условии, что процесс накопления ксенобиотика не компенсируется более активным процессом его выведения. Цепь питания. Ксенобиотики в массовык количествах поступают в неорганические элементы биосферы (воздух, воду, почву). Находясь во внешней среде, чужеродные соединения взаимодействуют с различны- 171 ми органическими элементами биогеоценозов — микроорганизмами, растениями, животными, поступая в конечном итоге по трофическим цепям в организм человека. В этих условиях суммарное количество ксенобиотиков, поступающих в организм человека, в значительной степени определяется интенсивностью их разрушения под действием физико-химических факторов среды (света, воды, тепла и др.), скоростью их деструкции в предшествующих элементах трофических цепей и закономерностями биоконцентрации.
Таким образом, любая экологическая система является совокупностью абиотических элементов, а также живых организмов, обменивающихся химическими компонентами, энергией и связанных между собой пищевыми (трофическими) цепямн. При этом организмы — компоненты экосистем — подразделяются на производителей (продуцентов), потребителей (консументов) и разрушителей (редуцентов), разлагающих сложные органические соединения мертвых остатков. Установлено, что по мере движения ксенобиотика по пищевой цепи к следующему консументу, в организме которого он метаболизируется в незначительной степени, происходит существенное увеличение концентрации чужеродного вещества, Для понимания этого явления необходимо представлять взаимоотношения, существующие между видами в естественной среде.
Вещества поглощаются в определенной последовательности: так, загрязненные растения поедаются травоядными рыбами и животными, этих рыб и животных поедают плотоядные животные и т. д. Таким образом, существуют два механизма перемещения чужеродного вещества в данной конкретной цепи питания — непосредственное его поглощение из среды и перемещение по цепи питания. При рассмотрении распределения любого ксенобнотика в экосистеме необходимо учитывать биологические аспекты, а также иметь определенные сведения об относительном положении различных видов в цепи питания, информацию о плотности популяций различных организмов и скорости поглощения ими данного вещества.
Аккумулирование ксенобнотика в цепи питания определяется его перемещением по этой цепи, а также тем, что менее 50 'А всей массы вещества преобразуется в ткани организма на следующем, более высоком уровне. Процесс иллюстрируется схемой (рис. 8.4), где показаны также возможные потери ксенобиотика путем экскреции на различных уровнях цепи питания. Проведенный анализ показывает, как концентрация чужеродного вещества постепенно повышается в цепи питания. 172 Воздух, вода, почва Планктон, водоросли, растения Травоядные Плотоядные плотоядных Рис. 8.4.
Усиление в цепи питания — схема увеличения концентрации вещества в организмах по мере достижения более высокого трофического уровня Для лучшего понимания закономерностей движения по пищевым цепям продуктов питания, а также попавших в биоценозы ксенобиотиков строятся так называемые экологические пирамиды. В экологических пирамидах схематически учитывают плотности популяций (число особей на 1 м ), биомассы (грамм сухого или влажного вещества на 1 м ) илн продукгивность в энергетических эквивалентах !джоулей на 1 м в год) для всех членов каждого трофического уровня в данном биоценозе. В условиях поступления в организм чужеродных химических веществ, которые не могут быстро метаболизираваться и полностью экскретироваться во внешнюю среду, начинается накопление этих веществ по ходу пищевой цепи.
При этом, поскольку организмы- потребители, стоящие на более высоких уровнях экологической пирамиды, обладают меньшей суммарной биомассой по сравнению с организмами предыдущего уровня, происходит последовательная биоконцентрация токсикантов, достигающая максимальных значений у конечных консументов, которыми могут являться люди. По мнению известного эколога Море, вследствие явления биоконцентрации воздействие пестицидов на человечество по пищевым цепям представляет гораздо большую опасность, чем радиоактивность от АЭС. 173 Накопление токсических элементов в компонентах экосистем может оказывать разнообразное негативное действие, приводя к нарушению устойчивости экосистем к неблагоприятному влиянию на организм человека.
Так, вследствие длительного и значительного накопления ДДТ и других химикатов в водоемах и промышленных стоках в 1989 г. была запрещена продажа рыбы из городских водоемов населению Западного Берлина. В результате передачи через почву растениям и сельскохозяйственным животным свинца, входяшего в состав этилированного бензина, возможно поступление этого токсиканта в организм человека. С явлениями биоконцентрации связаны и кадмиевые катастрофы, происшедшие в 70-е гг. в ФРГ и Японии. Тысячи японских граждан пали жертвой болезни «итай-итай» вследствие употребления зараженных кадмием питьевой воды и овощей в результате выбросов в окружающую среду отходов нефтекомбинатов.
Итак, в результате процессов абсорбции, распределения и биоконцентрации, зависящих как от физико-химических свойств ксенобиотиков, так и от экологических взаимоотношений в пищевых цепях, в организмах человека, животных и растений происходит аккумулирование ксенобиотиков, сопровождающееся в ряде случаев их специфическим токсическим действием. При этом интегральная реакция организма на действие токсиканта определяется также наличием эволюционно выработанных защитных систем, к которым относятся физиолого- биохимические системы биотрансформации, экскреции ксенобиотиков и система иммунного гомеостаза.
В водных и наземных системах механизмы аккумулирования ксенобиотиков различны, причем они могут отличаться даже в пределах одной системы. В водной среде аккумулирование ксенобиотика может протекать по двум механизмам: — непосредственной адсорбции вещества и (или) его распределения из водной среды; — распределения по цепи питания.
Возникает вопрос: какой из этих механизмов более важен7 В большинстве случаев отмечается, что непосредственное поглощение нз водной среды имеет большее значение, чем распределение по цепи питания. Распределение непосредственно из среды обитания может быть определяющим процессом, но при условии, что поверхность контакта организма с водой не является лимитирующим фактором.
Рыбы !74 очень эффективно аккумулируют чужеродные вещества из водной среды, так как имеют жабры с развитой поверхностью, через которые проходит большой объем воды. В организме тюленя подобного органа нет, следовательно, аккумулирование ксенобиотика должно быть связано с цепью питания. В условиях наземной среды чужеродные вещества в конечном итоге оказываются в почве, и их аккумулирование организмами должно происходить по цепи питания. Воздействие на организм ксенобиотика из атмосферы вследствие испарения из почвы может показаться аналогичным его общему воздействию на организм в водной среде. Однако концентрация чужеродного вещества в воздухе при испарении очень мала, а его способность рассеиваться в открытом пространстве настолько велика, что в большинстве случаев аккумулирование ксенобиотика по механизму распределения из атмосферы минимально.
Исключение могут составлять роющие животные, существующие в более ограниченной среде. Таким образом, процесс аккумулирования ксенобиотнка наземными организмами должен включать его поглощение организмами, обитающими в почве, и последующее перемещение по наземной цепи питания. Степень, до которой организм аккумулирует определенный ксенобиотик, зависит не только от положения организма в цепи питания, но и от его физиологических и морфологических особенностей. Глава У.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
