Бионакопление веществ в организмах

Введение

Постепенное накопление веществ в организме.

Биоаккумуляция – это постепенное накопление веществ, таких как пестициды или другие химические соединения, в организме. Биоаккумуляция происходит, когда организм усваивает вещество быстрее, чем оно может быть выведено или элиминировано посредством катаболизма и экскреции. Таким образом, чем дольше биологический период полувыведения токсичного вещества, тем выше риск хронического отравления, даже если концентрация токсина в окружающей среде не очень высока. Биоаккумуляцию, например, у рыб, можно прогнозировать с помощью моделей. Гипотезы о пороговых значениях молекулярного размера для использования в качестве индикаторов потенциала биоаккумуляции не подтверждаются данными. Биотрансформация может существенно изменять биоаккумуляцию химических веществ в организме. Токсичность, вызываемая металлами, связана с биоаккумуляцией и биомагнификацией. Накопление или усвоение металла быстрее, чем его метаболизм и выведение, приводит к накоплению этого металла. Анализ и оценка наличия различных химических веществ и вредных веществ в окружающей среде возможны при наличии знаний о биоаккумуляции, что помогает в контроле и использовании химических веществ. Организм может усваивать химические вещества через дыхание, кожу или при проглатывании. Некоторые виды животных используют биоаккумуляцию как механизм защиты: потребляя токсичные растения или добычу, животное может накапливать токсин, который затем отпугивает потенциальных хищников. Примером является табачный бражник, который, поедая табачные растения, накапливает никотин до токсичного уровня в своем теле. Отравление мелких потребителей может передаваться по пищевой цепи и воздействовать на потребителей, находящихся выше по цепи. Другие соединения, которые обычно не считаются токсичными, могут накапливаться в организмах до токсичных уровней. Классическим примером является витамин А, который концентрируется в печени хищников, например, белых медведей: будучи облигатными хищниками, питающимися другими хищниками (тюленями), они накапливают чрезвычайно большое количество витамина А в печени. Коренным народам Арктики было известно, что печень хищников нельзя употреблять в пищу, но арктические исследователи страдали от гипервитаминоза А, употребляя печень медведей; и был зафиксирован как минимум один случай подобного отравления антарктических исследователей, употреблявших печень ездовых собак. Ярким примером является экспедиция сэра Дугласа Моусона, во время которой один из его спутников умер после употребления в пищу печени одной из собак.

Bioaccumulation is the gradual accumulation of substances, such as pesticides or other chemicals, in an organism. Bioaccumulation occurs when an organism absorbs a substance faster than it can be lost or eliminated by catabolism and excretion. Thus, the longer the biological half life of a toxic substance, the greater the risk of chronic poisoning, even if environmental levels of the toxin are not very high. Bioaccumulation, for example in fish, can be predicted by models. Hypothesis for molecular size cutoff criteria for use as bioaccumulation potential indicators are not supported by data. Biotransformation can strongly modify bioaccumulation of chemicals in an organism. Toxicity induced by metals is associated with bioaccumulation and biomagnification. Storage or uptake of a metal faster than it is metabolized and excreted leads to the accumulation of that metal. The presence of various chemicals and harmful substances in the environment can be analyzed and assessed with a proper knowledge on bioaccumulation helping with chemical control and usage. An organism can take up chemicals by breathing, absorbing through skin or swallowing. Some animal species use bioaccumulation as a mode of defense: by consuming toxic plants or animal prey, an animal may accumulate the toxin, which then presents a deterrent to a potential predator. One example is the tobacco hornworm, which concentrates nicotine to a toxic level in its body as it consumes tobacco plants. Poisoning of small consumers can be passed along the food chain to affect the consumers later in the chain. Other compounds that are not normally considered toxic can be accumulated to toxic levels in organisms. The classic example is vitamin A, which becomes concentrated in livers of carnivores, e. g. polar bears: as a pure carnivore that feeds on other carnivores (seals), they accumulate extremely large amounts of vitamin A in their livers. It was known by the native peoples of the Arctic that the livers of carnivores should not be eaten, but Arctic explorers have suffered hypervitaminosis A from eating the livers of bears; and there has been at least one example of similar poisoning of Antarctic explorers eating husky dog livers. One notable example of this is the expedition of Sir Douglas Mawson, whose exploration companion died from eating the liver of one of their dogs.

Примеры из водных видов

Прибрежные рыбы (такие как гладкая рыбка-жаба) и морские птицы (такие как атлантический тупик) часто подвергаются мониторингу для определения степени биоаккумуляции тяжелых металлов. Метилртуть попадает в пресноводные системы через промышленные выбросы и осадки. По мере увеличения концентрации по пищевой цепи, она может достигать опасных уровней как для рыб, так и для людей, употребляющих рыбу в пищу. Оценку биоаккумуляции рыб обычно проводят при воздействии на них химических веществ, находящихся в водной фазе. К наиболее часто исследуемым видам рыб относятся карп, радужная форель и солнечный окунь. В некоторых эвтрофических водных системах может наблюдаться биодилюция – снижение концентрации загрязняющего вещества с повышением трофического уровня из-за более высокой концентрации водорослей и бактерий, разбавляющих его. Закисление водно-болотных угодий может повысить концентрацию химических веществ или металлов, что приводит к увеличению их биодоступности для морских растений и пресноводных организмов. Растения, произрастающие там, включая как укоренившиеся, так и подводные виды, могут испытывать влияние биодоступности металлов. Наиболее часто изучаемыми элементами у черепах являются ртуть, кадмий, аргон и селен. Тяжелые металлы попадают в реки, ручьи, озера, океаны и другие водные среды, где растения, обитающие в этих средах, поглощают их. Поскольку концентрация микроэлементов в водных экосистемах высока, черепахи естественным образом потребляют различные микроэлементы, поедая растения и донные отложения в различных водных средах. Попадая в кровоток и мышечную ткань, эти вещества увеличивают свою концентрацию и становятся токсичными для черепах, потенциально вызывая метаболические, эндокринные и репродуктивные нарушения. Некоторые морские черепахи используются в качестве экспериментальных объектов для анализа биоаккумуляции благодаря их прибрежному образу жизни, который облегчает сбор образцов крови и других данных. Благодаря относительно ограниченному ареалу обитания, пресноводные черепахи могут быть связаны с конкретным водосборным бассейном и его профилем химических загрязнителей.

Coastal fish (such as the smooth toadfish) and seabirds (such as the Atlantic puffin) are often monitored for heavy metal bioaccumulation. Methylmercury gets into freshwater systems through industrial emissions and rain. As its concentration increases up the food web, it can reach dangerous levels for both fish and the humans who rely on fish as a food source. Fish are typically assessed for bioaccumulation when they have been exposed to chemicals that are in their aqueous phases. Commonly tested fish species include the common carp, rainbow trout, and bluegill sunfish. In some eutrophic aquatic systems, biodilution can occur. This is a decrease in a contaminant with an increase in trophic level, due to higher concentrations of algae and bacteria diluting the concentration of the pollutant. Wetland acidification can raise the chemical or metal concentrations, which leads to an increased bioavailability in marine plants and freshwater biota. Plants situated there which includes both rooted and submerged plants can be influenced by the bioavailability of metals. The most common elements studied in turtles are mercury, cadmium, argon, and selenium. Heavy metals are released into rivers, streams, lakes, oceans, and other aquatic environments, and the plants that live in these environments will absorb the metals. Since the levels of trace elements are high in aquatic ecosystems, turtles will naturally consume various trace elements throughout various aquatic environments by eating plants and sediments. Once these substances enter the bloodstream and muscle tissue, they will increase in concentration and will become toxic to the turtles, perhaps causing metabolic, endocrine system, and reproductive failure. Some marine turtles are used as experimental subjects to analyze bioaccumulation because of their shoreline habitats, which facilitate the collection of blood samples and other data. Due to their relatively limited home range freshwater turtles can be associated with a particular catchment and its chemical contaminant profile.

Воздействие на развитие черепах

Токсичные концентрации в яйцах черепахи могут нарушить процесс ее развития. Например, у австралийской пресноводной короткошеей черепахи (Emydura macquarii macquarii) концентрации ПФОС в окружающей среде накапливались в организме матери, а затем переходили в яйца, что негативно сказывалось на метаболических процессах развития и запасах жира. Кроме того, имеются данные о том, что ПФОС воздействуют на микробиоту кишечника у подвергшихся воздействию черепах. Что касается токсичных уровней тяжелых металлов, то было отмечено снижение процента вылупления яиц у речной черепахи Амазонки, Podocnemis expansa. В этих яйцах тяжелые металлы уменьшают содержание жира и изменяют процесс фильтрации воды эмбрионом, что может повлиять на выживаемость яйца.