6.10.2. Экологическая опасность биоразрушаемых поллютантов и остатков неразложившихся поллютантов

Эта опасность связана с возможностью нарушения практически всех аспектов структуры и функционирования экосистем [Рамад, 1981; Яблоков, Остроумов, 1983, 1985], включая видовое богатство и разнообразие видов, структуру популяций, стабильность и продуктивность экосистем. Необходимо, сверх этого, подчеркнуть: 1) значение доз биодеградабельных поллютантов, 2) опасность накопления загрязняющих веществ организмами и 3) опасность сублетальных концентраций.

Большие дозы биодеградабельных поллютантов. Даже теоретически разлагаемые виды органических веществ могут нести огромную экологическую опасность. Их экотоксикологическое значение определяется в реальных экосистемах не только их токсичностью (в смысле полулетальной дозы для лабораторных животных) и способностью к биодеградации (в смысле подверженности действию существующих в организмах ферментов), но также количеством и скоростью поступления в экосистемы этих поллютантов. Дело в том, что большие количества поллютантов отравляют организмы раньше, чем эти организмы успевают их метаболизировать; в итоге деградация ксенобиотиков подавляется. Поэтому отравленная река или морская акватория с мертвой водой - это не только утраченные питьевые, рекреационные, рыбохозяйственные ресурсы; это также и утраченные возможности использования "бесплатных" природных биоочистных систем. Так, некоторые двустворчатые моллюски на 1 м² дна могут за день профильтровать через себя и очистить около 150-300 м³ воды.

К другим экологическим проблемам, связанным с большими количествами биоразрушаемых поллютантов относятся следующие:

1. Появление продуктов биотрансформации, среди которых встречаются персистентные, токсичные или обладающие иной биологической активностью (см. разд. 6.3-6.6).

2. Изменение физико-химических параметров среды обитания. Это особенно относится к водной среде, где может изменяться содержание 02, pH и т. д. (например, [Ротмистров и др., 1978; Яблоков, Остроумов, 1985]).

3. Изменение структуры биоценоза вследствие возникновения ресурсов новых субстратов, увеличения численности окисляющих и утилизирующих их групп бактерий и т. д.

Накопление поллютантов. Большую опасность для человека и биосферы представляет собой кумуляция или биоаккумуляция многих загрязняющих веществ (например, липофильных органических молекул, металлов, радиоактивных изотопов) в живых организмах. В результате может усиливаться их токсическое воздействие, ухудшаться качество кормовой базы для организмов вышестоящих трофических уровней; делается опасным использование человеком некоторых важных природных ресурсов. Примеры с указанием того, во сколько раз увеличивается концентрация некоторых поллютантов в живых организмах, даны многими авторами.

Способность многих организмов накапливать загрязняющие вещества может быть использована для целей биомониторинга.

Дополнительные данные о накоплении организмами (особенно гидробионтами) загрязняющих веществ и о проблемах изучения этого феномена приведены во многих работах (например, [Миронов, 1973; Поликарпов, Рисик, 1977; Врочинский и др., 1980; Бурдин, 1985; Безносов, Плеханов, 1986; Richards, Shieh, 1986]).

Одной из проблем в изучении накопления поллютантов является неопределенность результатов вследствие того, что огромное число факторов воздействует на величину измеряемых коэффициентов: в водных экосистемах это соленость, температура, наличие РОВ, возраст и режим питания гидробионтов и др.

Опасность сублетальных концентраций. Ограниченность способности экосистем и организмов к переработке и обезвреживанию поллютантов ведет к тому, что в биогеоценозах часто могут присутствовать сублетальные, "малые" количества загрязняющих веществ, казалось бы, на первый взгляд неопасные из-за низкой концентрации. Однако необходимо подчеркнуть следующее.

Во-первых, сублетальные концентрации загрязняющих веществ почти так же опасны, как и высокие их концентрации, поскольку может происходить хроническое отравление малыми дозами поллютантов, ведущее к падению репродуктивной способности. Например, отравление ПХБ и пестицидами содействовало бесплодию популяций тюленя в Балтийском море. Последнее почти автоматически может привести через некоторое время к вымиранию популяции, в которой понизилась рождаемость.

Во-вторых, сублетальные концентрации поллютантов могут нарушать тонкую регуляцию межвидовых и внутривидовых взаимодействий, которая опосредована многочисленными экологическими хемомедиаторами и хеморегуляторами, рассмотренными в гл. 2-5. Небезынтересно, что среди экологических хемомедиаторов есть вещества с довольно простой структурой, которые вполне могут содержаться в смесях различных органических поллютантов, загрязняющих природные экосистемы.

В-третьих, сублетальные концентрации, оказывая неодинаковое воздействие на конкурирующие друг с другом виды одного трофического уровня, могут нарушать естественный экологический баланс в экосистемах.

В-четвертых, сублетальные дозы ряда пестицидов, как оказалось, могут даже стимулировать воспроизводство популяций некоторых крайне нежелательных видов, наносящих экономический ущерб в агроэкосистемах. Так, в одной из серий опытов сублетальные дозы ДДТ, диэльдрина и паратиона увеличивали откладку яиц колорадским жуком на 50, 33 и 65% соответственно (Абдаллах, 1968; см. [Остроумов, 1986]). Способность токсикантов в сублетальпых дозах стимулировать плодовитость некоторых видов показана и в других работах. Все это указывает на высокую опасность по меньшей мере разбалансировки экосистем, нарушения нормального соотношения численностей видов.

В-пятых, сублетальные концентрации поллютантов могут весьма существенно повышать негативное воздействие других ксенобиотиков.

Так, включение в пищу млекопитающих низких доз кепона (10 млн-1, 15 дней) приводило к снижению ЛД₅₀ (48 ч) четыреххлористого углерода с 2,8 до 0,042 мл/кг, т. е. смертность выросла в 67 раз [Yang, 1987].

В-шестых, малые концентрации поллютантов создают особенно большие трудности прогнозирования их воздействия на организмы и, следовательно, поведения экосистемы. Это вызвано возможностью их парадоксального стимулирующего действия и тем, что на их биологическую активность могут влиять очень многие факторы, например РОВ в водных экосистемах (например, [Лапин и др.г 1986; Carlberg et al., 1986; Остроумов, 1986]), свободнорадикальные и окислительные процессы в водоемах (например, [Скурлатов и др., 1983; Telitchenko, 1986]).

Итак, рассмотрение метаболизма в живых организмах и образуемых ими экосистемах различных поллютантов и природных вторичных метаболитов показывает, что существует определенный элемент общности в метаболизме ряда ксенобиотиков-поллютантов и некоторых экологических хемоэффекторов, хемомедиаторов и хеморегуляторов. Учитывая это и то, что поллютанты опосредуют часть химических взаимодействий между человеком и биосферой, их можно рассматривать как антропогенные хемоэффекторы (воздействующие на биосферу, биоценозы и их компоненты) в отличие от природных хемоэффекторов, рассмотренных в главах 2-5. В метаболизме различных хемоэффекторов (и природных, и антропогенных) участвует очень широкий спектр различных ферментов и несколько больших классов биохимических реакций (см. разд. 6.3-6.7), некоторые из которых могут давать более токсичные продукты, чем исходные ксенобиотики.

При всей мощи биохимического аппарата, с помощью которого живые клетки защищаются от поллютантов, его возможности ограничены, что создает серьезные экотоксикологические и природоохранные проблемы (см. разд. 6.10). Поэтому очень большое значение имеет поиск альтернатив, которые могли бы уменьшить загрязнение биосферы и экосистем различными экотоксикологически опасными веществами. Некоторые подходы к поиску таких альтернатив в сельском и лесном хозяйстве дает изучение и использование природных экологических хеморегуляторов (см. также гл. 7 и заключение).