К важнейшим задачам при анализе воздействия ксенобиотиков на экосистему относится выявление их вредного влияния (качественное и количественное) и разработка мероприятий, предотвращающих это негативное влияние.
Под вредным воздействиям, наносимым соответствующей экосистеме, понимают:
– явственные изменения обычных колебаний численности популяции;
– долгосрочные или необратимые изменения состояния экосистемы.
Возможные последствия и формы вредного воздействия ксенобиотиков классифицируют в соответствии со следующей схемой:
Полное разрушение экосистемы в результате нарушения целостной интактной структуры (биотопа) и ее функций (биоценоза).
Пример: уничтожение мангровых лесов в результате применения дефолиантов во время войны во Вьетнаме.
Глубокие изменения биотопа.
Пример: засоление пресноводных биотопов; «современное ухудшение состояния лесов»
Постоянное загрязнение биотопа.
Пример: эвтрофикация рек и озер в результате попадания в них значительных количеств биогенных элементов (азот, фосфор)
Массированные загрязнения.
Пример: загрязнение рек и водоемов нефтью при авариях танкеров
Широко распространенное уменьшение видового разнообразия.
Пример: использование пестицидов и удобрений в агроценозах
Направленное уничтожение отдельных видов растений и животных.
Пример: использование пестицидов, в особенности в урбанизированных экосистемах.
Изменения, вызываемые ксенобиотиками в экосистемах в значительной мере определяются временем воздействия (рис. 10.3).
|
| Рис. 10.3. Воздействие ксенобиотиков на биологические системы по мере их усложнения |
Нарушения поведения в биохимических реакциях наступают немедленно, а физиологические и морфологические – часы и недели; изменения индивидуального жизненного цикла – сутки и месяцы; месяцы – годы приводят к популяционным воздействиям, а десятилетия вызывают экологические нарушения. Однако в приведенной схеме не учитываются приспособительные реакции особь/популяция, а также процессы детоксикации и влияния таких факторов как, например возраст, пол, репродуктивные способности и другие.
Анализ воздействия включает оценку влияния ксенобиотиков на изменения видового состава и функций экосистемы. В этом случае последствия могут проявляться как в количественном, так и в качественном отношении. Исследования колебаний видового состава, а также взаимосвязей видов на одном трофическом уровне носят преимущественно качественный характер.
Такое же важное значение, как и структурно-видовые изменения, имеют функциональные нарушения в экосистеме. Здесь речь идет в принципе о контрольных количественных параметрах роста организмов и обмена веществ. Например, измерение объемных показателей роста растений является чувствительным методом обнаружения возможного влияния вредных веществ, особенно в области, близкой к границе токсичности. Снижение показателей биопродуктивности высших растений (деревьев) в некоторых случаях количественно обнаруживается только через несколько лет. Однако в качестве дополнительного критерия может служить снижение фотосинтетической активности.
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.
Один из путей снижения нежелательных последствий загрязнения биосферы – разработка, производство и применение биодеградабельных соединений, т. е. материалов и веществ, относительно быстро разлагаемых в экосистемах без образования токсичных или персистентных продуктов распада.
Еще один важный путь – использование природных веществ для регуляции различных физиологических процессов и создания интегрированной системы защиты растений.
Схема действия ксенобиотиков в экосистемах представлена на рис. 10.4.
Рис. 10.4. Наноматериалы и окружающая среда
Есть основания предполагать, что наиболее существенным свойством, детерминирующим специфику действия наночастиц, является их чрезвычайная стабильность. В силу данного свойства они практически не подвержены биотрансформации и не элиминируются из клеток, вызывая в них деструктивные процессы [там же, с. 13–14]. По мнению Г.В. Яковлевой и А.А. Стехина, «основное токсическое действие наночастиц обусловлено не самим веществом, из которого они получены, а их электрофизическими особенностями» [18, с. 26], способствующими доставке токсичных соединений к активным центрам рецепторов и формированию аномально большого количества свободных радикалов.
Негативное влияние наночастиц на окружающую среду также связана с повышенной адсорбцией ими ксенобиотиков, что резко расширяет возможности транспорта внутрь клеток и клеточных органелл, нарушая их биологические функции. При этом «наночастицы не распознаются защитными системами организма. Это ведет к накоплению их в растениях, животных организмах и микроорганизмах, что увеличивает возможность поступления в организм человека»
Использование наночастиц в различных областях народного хозяйства оказывают влияние на различные компоненты окружающей среды (табл. 10.3).
Таблица 10.3
