Экотоксикология – новая наука об окружающей среде

Экотоксикология занимается исследованием влияния антропогенных химических веществ на биологические объекты окружающей среды. Задачей экотоксикологии является изучение воздействия химических факторов на виды, живые сообщества, абиотические составляющие экосистем и на их функции. В принципе она отличается от токсикологии тем, что в ней не рассматриваются вопросы отравления конкретного организма. Влияние на человека происходит косвенно через ухудшение жизненных условий из-за вредных воздействий на окружающую среду.

Экотоксикология основывается на достижениях экологической химии. Для решения общих проблем необходима интенсивная совместная работа экотоксикологов с биологами, экологами, специалистами –аграрниками, медиками и химиками.

К важнейшим задачам экотоксикологии относятся выявление степени вредного воздействия (в качественном и количественном отношении) и разработка лечебных мероприятий. Другой важной задачей экотоксикологии является выявление изменений видового состава и функций экосистемы.

Стратегия мониторинга токсического загрязнения окружающей среды в индустриально развитых странах основана на современных научных достижениях, из которых следует особо выделить два главных направления:

-экотоксикологический подход к анализу антропогенного воздействия на окружающую среду;

-использование концепции оценки риска (анализа, оценки и управления риском).

Экотоксикология и оценка риска представляют собой сравнительно новые отрасли научного знания, тем не менее, именно эти научные направления стоят в авангарде мировых тенденций развития методологии контроля качества природной среды и экологической опасности.

Отправной точкой в выделении экотоксикологии как самостоятельной области знаний об окружающей среде явилась публикация «Принципы экотоксикологии», подготовленная в 1978г. Научным Комитетом по проблемам окружающей среды (SCOPE).

Публикация была основана на более ранних исследованиях, в частности по загрязнению окружающей среды радионуклидами. В публикации экотоксикология была определена как наука, изучающая воздействие поллютантов на окружающую среду и биоту. При этом человек рассматривался как наиболее важная часть биоты, а эффекты поллютантов на здоровье человека – как центральное звено в экотоксикологии.

Большой вклад в развитие экотоксикологии внесла канадский эколог Butler G.C., специалисты из североевропейских стран T.Rosswal, L. Rasmussen.

Выделены две главные причины тесной связи между деятельностью человека и экотоксикологией:

-человек изменяет окружающую среду, продуцирует и “выделяет” в неё поллютанты;

-все изменения в окружающей среде или биоте могут действовать прямо или косвенно на физическое, экономическое или эстетическое благополучие человечества.

Термин “экотоксикология” становится все более популярным, но его часто употребляют неправильно, путая с токсикологией. Одно из главных отличий между классической токсикологией и экотоксикологией состоит в том, что последняя имеет четырехкомпонентный предмет исследований.

1.Вещества (поллютанты) освобождаются (выбрасываются) в окружающую среду; количества, формы и состояния поллютантов должны быть известны, если соответствующее “поведение” их уже было изучено.

2.Вещества транспортируются географически и в пределах различной биоты. При этом их химическая структура, вероятно, трансформируется, а содержание в окружающей среде повышается за счет накопления.

Важно, что “поведение” различных компонентов и их токсичность существенно отличаются. Природа этих процессов для основных загрязняющих веществ пока недостаточно изучена. Опасность, связанная с неопределенностью конечной судьбы некоторых химических веществ, возрастает, в связи с чем она должна быть установлена и обоснована документами в ближайшие годы.

3.Поллютанты воздействуют на один или более организм – мишень. Для того, чтобы это оценить, нужно вначале идентифицировать природу мишеней (сам человек, домашний скот, популяция, экосистема и т.д.) и исследовать тип воздействия.

4.В классической токсикологии рассматривается отклик отдельного организма на воздействие загрязняющего вещества, в экотоксикологии – отклик популяции, сообщества или экосистемы на воздействие загрязняющего вещества (возможно, трансформированного) и в соответствующей временной шкале.

Все оценки конечных эффектов воздействия поллютантов на окружающую среду даются только в количественном выражении, причем каждый компонент отличается по существу процесса, который изучается.

Главными направлениями экотоксикологии в настоящее время считают:

-идентификацию загрязняющих веществ, их форм и компонентов в экосистеме, в которой они находятся;

-изучение эффектов воздействия загрязняющих веществ в частности биохимических, физиологических и анатомических, на отдельных индивидуумов или небольшие группы видов, что способствует выявлению мишеней воздействия на уровне индивидуума;

-изучение эффектов воздействия загрязняющих веществ на популяционном уровне, сравнение с видовыми эффектами, выделение наиболее чувствительных видов и наиболее важных эффектов для этих видов; это помогает выявить мишени и точки приложения на популяционном уровне;

-количественное изучение миграции поллютантов в экосистеме, в том числе количества токсикантов, достигающих мишени через воздух, воду, почву и пищу, времени циркуляции определенных концентраций токсикантов в этих средах, физиологии и метаболизма организмов-мишеней при воздействии этих концентраций;

-изучение комбинированных эффектов воздействия поллютантов для количественной и интегрированной оценки их воздействия на окружающую среду.

Если под экотоксикологией понимать одно из направлений исследования экосистем, то ее важнейшими частями должны быть проблемы сохранения (при работе с ненарушенными экосистемами) и восстановления (для уже пострадавших систем). Обе эти цели могут быть достигнуты лишь на пути функционального моделирования. Однако в связи с тем, что нет никакой универсальной модели, разработка таких моделей, а также создание лабораторных и математических моделей, или подобные исследования в естественных условиях проводят исходя из поставленной цели для решения какой-либо конкретной проблемы.

Для того чтобы создать функциональную экотоксикологическую модель, необходимо составить логическую последовательность испытаний. На промежуточной стадии на основе полученного массива данных и характерных признаков необходимо сделать выборку наиболее надежных и информативных сведений. На этой основе проводят построение требуемой модели. Решающим критерием для принятия модели за основу является испытание ее адекватности в реальных условиях, в экосистеме (верификация). На рис.8.2 показана кольцевая схема экотоксикологических исследований на основе анализа и построении модели для активного и пассивного мониторинга вредного воздействия на окружающую среду.

Поскольку в сельском хозяйстве целенаправленно применяются химические препараты, при исследовании площадей, предназначенных для сельскохозяйственного производства, часто используются экотоксикологические методы.

Рис.8.2 – Использование результатов исследования экосистем и прикладного системного анализа для создания искусственных функциональных модельных систем.

По своему видовому составу аграрные системы легче поддаются изучению, чем природные или близкие к природным экосистемы. Однако и здесь требуются довольно дорогие исследования для количественной оценки экотоксикологического влияния агрохимических препаратов.

Одной из важнейших проблем каждого токсикологического исследования является определение границы между уровнями концентрации, при которых обнаруживается и не обнаруживается воздействие химического вещества, т.е. точно установить так называемый уровень отсутствия влияния. Однако опыт, накопленный в результате многолетних токсикологических исследований человека, только в ограниченном объеме используется при изучении посторонних окружающей среде веществ. Для количественной оценки риска применения химических продуктов экотоксикология может оказать помощь в сборе данных организации: клетка, ткань, орган, организм, популяция, биоценоз.

Экотоксикологический подход к анализу окружающей среды получил широкое распространение. На перечисленных выше принципах базируются как национальные системы и программы мониторинга окружающей среды, в том числе мониторинга качества вод, так и международные программы и исследования в рамках деятельности крупных международных организаций.

Контрольные вопросы

1. Что такое “токсичность”, и какими факторами она определяется?

2. Чем отличается “доза” от концентрации вещества?

3. Сформулируйте основные задачи промышленной токсикологии?

4. Объясните, чем отличается опасность вещества от его токсичности?

5.Какие количественные характеристики вещества установлены в токсикометрии?

6. Чем отличается острое отравление организма от хронического, и какими количественными показателями они характеризуются?

7. Какое свойство токсичного вещества характеризует показатель КВИО?

8. Перечислите применяемые размерности дозы концентраций для характеристики токсичности веществ?

9. Какие показатели положены в основу классификации вредных веществ по степени токсичности и опасности?

10. Каким образом может быть реализован механизм токсичности ксенобиотиков в организме?

11. Приведите примеры наиболее токсичных соединений промышленного

происхождения, токсинов микроорганизмов, ядов животных и растений.

12. Как классифицируются вредные вещества по степени кумуляции?

13. Какой принцип положен в основу классификации химических соединений по степени опасности в водных системах?

14. Перечислите классы опасности загрязняющих воду веществ в рыбохозяйственных водоёмах.

15. Дайте сравнительную характеристику биологическим методам оценки

токсичности водных систем.

16. Что такое биосенсоры?

17. Назовите классы опасности загрязняющих веществ для почвы и показатели, которые положены в основу данной классификации.

18. Дайте определение понятию “экотоксикология”.

19. Чем отличается экотоксикология от классической токсикологии?