Адаптация организмов к изменению окружающей среды под воздействием экотоксикантов

Экология включает в свои исследования изучение воздействия тяжелых токсичных металлов на экосистемы и их структурные составляющие. Экотоксикология как новое междисциплинарное научное направление может взять на себя ключевую роль в создании теоретических основ нормирования загрязнения.

Ключевые слова: мониторинг, селекция толерантных видов, доминантность, биоаккумуляция, ксенобиотики, экология, загрязнение окружающей среды, экотоксиканты

Учитывая высокую актуальность и практическую значимость экологически обоснованных требований к ограничению загрязнения природных сред, многообразие направлений, по которым ведутся исследования, количество теоретических воззрений на эту проблему может быть достаточно большим. Геоэкология изучает изменение природных сред, включая распространение и круговорот синтезированных органических веществ или рассеянных человеком металлов с токсичными свойствами. Токсикология ставит задачи по выявлению опасных свойств токсичных веществ, в особенности элементов для живых организмов. Однако реальное слияние идей и методов этих дисциплин под эгидой экотоксикологии не произошло, что по-видимому объясняется рядом факторов, тормозящих развитие этого направления науки.

Экотоксикология как междисциплинарное направление требует объединения усилий большого круга специалистов различного профиля. Отсутствие целостной междисциплинарной программы, способной заинтересовать и объединить на финансовой основе специалистов в области эко-, токси- и геологических наук, также тормозило становление этого научного направления.

По- видимому, было бы несправедливым не отметить, что даже в этот период многие специалисты продолжали и продолжают работать по различным аспектам экотоксикологии. Выполнено много исследований, которые, позволили понимать закономерности антропогенных преобразований окружающей среды и некоторые проблемы биологических систем, влияющих на антропогенные воздействия, включая токсичное загрязнение вод. Однако прошло не столь длительное время, чтобы в настоящий момент можно было бы предсказать все сценарии будущих изменений, особенно отдаленные последствия длительного действия малых доз токсичных веществ. Поэтому значимость экотоксикологии в перспективе как междисциплинарное направление будет только возрастать.

Как известно, организмы обладают способностью к регуляции концентраций металлов и детоксикации органических ксенобиотиков. Вместе с тем они в больших количествах могут накапливаться в живых организмах, что приводит к нарушению важнейших функций организма. Биоаккумуляция органических ксенобиотиков и неэссенциальных элементов может лежать в основе не только острых токсических эффектов, но и отсроченных хронических. Стойкие органические загрязнители могут также передаваться потомству, у птиц и рыб — с содержимым желточного мешка, у млекопитающих — с молоком кормящей матери. При этом возможно развитие эффектов у потомства, не проявляющихся у родителей.

Все химические токсичные элементы и соединения первоначально вызывают нарушения структуры и функций молекул, что приводит к изменению их функционирования в клетке и, в свою очередь, отражается на структуре и функциях клеточных органелл, которые изменяют физиологический статус организма.

В иерархии экотоксикологических исследований молекулярный уровень важен для понимания механизмов токсического действия. Клеточный уровень находится между молекулярным и организменным. Он очень важен для предсказания последствий токсичного влияния на жизнедеятельность целого организма. Он также значим в понимании изменений на популяционном уровне. Развитие массовых заболеваний (неоплазии, раковых изменений в тканях) приводит к элиминации живого организма и сокращению продолжительности жизни, что отражается на структуре популяции.

Способность повышать энергетический обмен для выживания в стрессовой ситуации выработана у людей и животных в процессе эволюционного развития и является важнейшей их преадаптаций к изменению условий среды. Закономерности подобного характера выражены столь отчетливо, что они возводятся в ранг «законов». Токсичное загрязнение вод, бесспорно, создает «экстремальность» условий обитания для живых организмов. Для выживания в новых условиях токсичного загрязнения организма несут энергитические затраты, связанные с активацией механизмов детоксикации проникающих в организм ядов. Поэтому затраты энергии, необходимые для поддержания обычного метаболизма, роста и воспроизводства, будут значительно изменяться в стрессовых условиях. Если расход энергии на поддержание жизнеобеспечивающего метаболизма увеличится как следствие мобилизации механизмов детоксикации, то сократится та ее часть, которая будет запасена в тканях прироста и репродукции.

Основной для адаптации популяции к изменению окружающей среды являются генетическая вариабельность и селекция толерантных видов. При этом редукция генетического разнообразия может увеличить устойчивость к определенному виду токсиканта, но снизить адаптивные возможности в целом популяции к другим видам загрязнения. Селекция толерантных генотипов к действию загрязняющих веществ может сигнализировать, что популяция находится под давлением загрязнения длительный период. В научной литературе получены доказательства, что под селективным действием токсичного фактора происходят микроэволюционные преобразования в популяциях.

Селективное давление токсичного фактора и нарушения межвидовых отношений в экосистеме индицируют процессы формирования новых биологических сообществ, которые протекают в следующем направлении: уменьшается видовое разнообразие за счет исчезновения уязвимых к токсичному действию видов; происходит упрощение структуры как следствие исчезновения или сокращения ряда видов в сообществах, что в свою очередь неизбежно приводит к упрощению трофических связей; резко возрастает доминантность эврибионтных форм, многие из которых имеют обширные ареалы или являются космополитами.

Литература:

1.      Бурцева Л. В., Лапенко Л. А., Кононов Э. Я., Юшкан Е. И. Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды./ Л.; Гидрометеоиздат. 1990. С. 3–10.

2.      Мур Ж. В., Рамамурти С. М. Тяжелые металлы в природных водах. / М.; Мир. 1987. С. 286–297.

3.      Мартин Р. Некоторые вопросы токсичности ионов металлов./ М.; Мир. 1993. С. 25–43.