logo search
1-19_Экология_2 / Contr_Экология

2. Основные факторы биологического загрязнения вод.

Загрязнение биологическое – случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов (бактериологическое), часто оказывает негативное влияние при массовом размножении пришлых видов.

К биологическому загрязнению относят:

- микробиологическое загрязнение;

- биотическое (биогенное) загрязнение;

- генную инженерию.

К биотическому загрязнению можно отнести преднамеренную или случайную интродукцию живых организмов (перенос особей какого-либо вида живых организмов за пределы его ареала – заносные или адвентивные виды).

Заносные (адвентивные) виды - виды живых организмов, непреднамеренно занесенные человеком в новый район. Ими могут стать растения и животные, завезенные для акклиматизации, но натурализовавшиеся (массово внедрившиеся в естественные сообщества).

Значительный экономический ущерб в странах тропического и субтропического поясов нанесла натурализация водного гиацинта – эйхорнии. Это плавающее на поверхности воды растение с красивыми цветами в 80-х годах XIX века было завезено из Южной Америки во многие страны в чисто декоративных целях. Быстро размножаясь и расселяясь по рекам и озерам, это растение образует на их поверхности мощные плавающие «ковры», которые препятствуют судоходству и завивают оросительные каналы и системы.

Экосистеме Средиземного моря наносит ущерб тропическая водоросль – каулерпа, выделяющая в воду сильнодействующие токсины (по-видимому, каулерпа была занесена с балластными водами, хотя возможно, что виновниками её расселения были аквариумисты).

На территории России произрастает более ста видов сорных растений, занесенных из других стран, в частности амброзия полыннолистная, пыльца которой является сильным аллергеном.

Среди заносных видов немало опасных животных, способных из-за отсутствия естественных врагов, контролирующих их численность, нанести значительный ущерб экосистемам.

В последнее время Черное море страдает от гребневика – беспозвоночного животного, занесенного с балластными водами судов. Гребневик поедает икру и молодь рыбы.

Экосистемы Великих озер в США изменяются под влиянием европейского окуня, отличающегося прожорливостью и уничтожающего молодь местных видов рыбы.

На озере Иссык-Куль недавно появился занесенный с Дальнего Востока малоценный агрессивный вид рыбы элеотрис.

В ряде случаев новые виды оказываются более конкурентоспособными и начинают вытеснять местные виды (американская норка – европейскую, ондатра – выхухоль и др.).

В городах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов привели к резкому увеличению численности синантропных организмов – видов, нашедших близ жилья человека особо благоприятные для себя условия обитания. Они подразделяются на облигатные, или обязательные (крысы, тараканы, домовая мышь, кошка, собака и др.), тесно связанные с человеком, и факультативные, или возможные (птицы отрядов воробьиных и куриных, обыкновенная полевка и пр.), которые слабее связаны с человеком и живут в посадках, посевах. К синантропным растениям относят сорняки и растения, культивируемые человеком.

Значительный вклад в микробиологическое загрязнение среды вносят предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, биоконцентраты, т.е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов.

В последнее время привлекли внимание самые древние (появились 2 - 3 млрд. лет назад) фотосинтезирующие организмы - сине-зеленые водоросли (цианобактерии) - прокариоты, в клетках которых имеется пигмент зеленых растений - хлорофилл. Они способны осуществлять фотосинтез по типу высших растений. Сине-зеленые водоросли появились в морях ещё в архее, когда атмосфера была бедна кислородом. Вместе с бактериями первыми вышли из водной среды на сушу. Водоросли сыграли большую роль в обогащении атмосферы кислородом и образовании первых почв. Многие из них способны усваивать азот воздуха и превращать его в органические формы, например аминокислоты. Интенсивное развитие сине-зеленых водорослей в современных условиях может говорить об ухудшении состояния водоёма или его части, т.к. свидетельствует о снижении содержания кислорода в воде и росте концентраций растворённых органических и неорганических веществ.

Истончение озонового слоя привело к их активному размножению в Мировом океане. Из-за растущего загрязнения среды цианобактерии начали выделять органические молекулы, названные специалистами «пулями дьявола» (токсины, выделяемые в процессе их жизнедеятельности - алкалоиды, низкомолекулярные пептиды и др.)

Токсины (от греч. - яд) - токсичные вещества (полипептиды, белки) обмена веществ, выделяемые ядовитыми растениями, паразитами, патогенными бактериями, скорпионами, некоторыми змеями и др. Они служат для самозащиты животных от врагов и умерщвления других животных; токсины обладают антигенными свойствами.

Проведенные исследования показали, что эти токсины весьма опасны для живых организмов, действуя как своеобразная «биологическая радиация», вызывают гибель различных животных и даже заболевания у людей (дерматиты). А что самое страшное, ни один фильтр не способен защитить от молекул-убийц. Их обнаружили даже в суперчистых (как считалось) вакцинах против СПИДа. Как подсчитал член-корреспондент РАН А. Кульберг, «пули дьявола» способны полностью уничтожить человечество максимум через 100 лет. Кроме того «пули дьявола» вызывают также “цветение” вод и красные приливы в морях.

«Цветение вод» - массовое развитие (вспышка) фитопланктона, вызывающее изменение окраски вод от зеленой (зеленые и сине-зеленые водоросли) и желто-бурой (диатомовые) до красной (динофлагелляты). Это явление известно с глубокой древности, но в последнее время оно стало частым и весьма интенсивным в результате возросшего антропогенного воздействия на морские экосистемы. Это обусловлено, главным образом, значительным поступлением в водоемы органических веществ (азота, фосфора, калия и др.), что приводит к ухудшению кислородного режима (вплоть до заморов), к накоплению в водной среде токсичных органических соединений, что вызывает появление в морях красных приливов.

Красный прилив - экологическое явление, вызванное чрезмерным сбросом в океан органических веществ и массовой вспышкой пирофитовых водорослей. Проведенные исследования показали, что после сильных дождей большое количество питательных веществ (особенно азота и фосфора) смывается с побережий и одновременно приток пресных вод понижает соленость океана, а подъем глубинных вод выносит к поверхности дополнительные органические вещества, которые и стимулируют рост и массовое размножение пирофитовых водорослей. Все это приводит к большим экономическим потерям, так как пустеют пляжи, которые покрываются массой разлагающейся рыбы. В последние годы в Мировом океане в результате сброса огромного количества органических веществ участились красные приливы, которые отмечаются у берегов Индии, Австралии, Японии, Скандинавии, в Черном и Средиземном морях. В связи с этим необходимо организовывать мониторинг за содержанием в водах океана токсичных видов фитопланктона, вызывающих эвтрофикацию и красные приливы.

Эвтрофикация (эвтрофирование) - повышение биологической продуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Основными причинами является поступление огромных количеств биогенных компонентов (особенно азота и фосфора), которые поставляются в среду сельскохозяйственным производством (применение удобрений), а также различных детергентов (ежегодно в мире используется свыше 30 млн.т. мыла) и др. По данным Б. Хендерсон-Селлерса, основными критериями для характеристики процесса эвтрофикации водоемов являются:

Процессы эвтрофикации охватили многие крупные пресноводные водоемы США и Канады (Великие Американские озера), Японии, Европы (Женевское, Ладожское, Онежское озера, Балатон и др.), а также многие морские бассейны (Средиземное, Черное, Балтийское и др.). Поскольку эвтрофирование водоемов стало серьезной глобальной экологической проблемой, по линии ЮНЕСКО начаты работы по мониторингу внутренних вод и контролю за эвтрофированием водоемов земного шара.

Одним из факторов биологического загрязнения является генная инженерия - раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биологических методов. Генная инженерия - дисциплина довольно молодая. Отсчёт её истории можно начать с 1944 года, когда группой исследователей было установлено, что за передачу наследственной информации отвечает дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Девятью годами позже Дж.Уотсон и Ф.Крик расшифровали структуру ДНК, что дало возможность понять механизм передачи потомству родительских генов. Однако активно развиваться генетическая инженерия начала с 1970 года, когда Д.Балтимор, Г.Темин и С.Мидзутани одновременно обнаружили и выделили в чистом виде обратную транскриптазу - фермент, использование которого существенно облегчило работу по получению копий отдельных генов.

Революцию в генетической инженерии произвело открытие ферментов рескриптаз, которые разрезают двухнитевую молекулу ДНК независимо от её состава в строго определённых местах с образованием на концах фрагментов однонитевых участков - "липких концов", за счёт которых эти фрагменты легко объединяются в одну структуру. Таким путём П.Бергу с сотрудниками удалось получить молекулу ДНК, содержавшую весь набор генов онкогенного вируса SV40, часть генов бактериофага и один из генов кишечной палочки, то есть молекулу, ранее не существовавшую в природе.

Для внедрения генов в клетку используются элементы бактерий - плазмиды. Это небольшие молекулы ДНК, находящиеся не в ядре клетки, а в её цитоплазме, и способные внедряться в хромосому чужой бактериальной клетки, а затем самопроизвольно или под каким-либо воздействием покидать её, захватывая с собой прилегающие хромосомные гены клетки-хозяина, которые затем воспроизводятся, образуя множество копий. Для переноса генетического материала из одной клетки в другую применяется так называемая микрургия - манипуляции на клеточном уровне (например, введение копий гена в ядро сперматозоида, только что проникшего в яйцеклетку, при помощи микропипетки).

Благодаря всем этим открытиям у учёных появилась возможность использовать генетический материал почти в качестве детского конструктора, создавая организмы с запрограммированными свойствами.

Иначе говоря, генная инженерия занимается тем, что берет гены и части ДНК одного вида (например, рыбы) и пересаживает их в клетки другого (например, помидора). Переселяя в клетки помидоров ген, кодирующий белок, препятствующий замерзанию тканей рыбы, можно выращивать суперморозоустойчивые помидоры. Или, к примеру, ген бактерий, кодирующий смертельный для насекомых токсин, пересаженный в клетки клубники, может защитить навсегда ягоду от поедания насекомыми.

Можно даже гены человека пересадить свинье, чтобы она лучше росла. А если вырастить свинью с двумя человеческими генами, то по своему генотипу созданное животное будет чем-то среднем между свиньей и человеком. Ученые утверждают, что именно свиньи по ряду биологических показателей наиболее близки к Homo Sapiens. Теперь же, когда речь зашла о возможности пересадки в эмбрионы животных человеческих клеток, считается, что "гуманизированные" таким образом, сердце или печень свиньи вполне смогут подойти для пересадки человеку.

Основная проблема заключается в том, что гены, как это показали современные научные исследования, не действуют сами по себе. Они постоянно контактируют с другими генами и изменяют своё поведение в зависимости от их влияния - плейотропное действие генов. Поэтому результат приклеивания очередного фрагмента за липкий конец может быть совершенно непредсказуем, даже если действие этого самого фрагмента изучено досконально. Например, исследователи попытались решить проблему облысения, введя в организм ген, отвечающий за ускоренный рост волос. Для начала опробовали его, как и положено, на крысах. Шерсть у крыс действительно стала расти хорошо, но внешне напоминала причёску "взрыв на макаронной фабрике". Ещё интереснее закончился эксперимент по укрупнению методами генетической инженерии лососей. Лососи получились большими и жирными, однако попробовать их никто пока не рискнул, поскольку мясо "модифицированных" рыб на разрезе почему-то оказалось зелёным.

Распространение ГМ-растений (генетически модифицированных) приведет к химическому загрязнению окружающей среды, так как при их выращивании используют больше ядохимикатов.

Пыльца растений разносится ветром и насекомыми, попадает в природные экосистемы и может опылять другие растения того же вида, и культурные, и дикорастущие. То есть измененные гены неизбежно будут попадать в эти растения и их будет уже невозможно изъять из окружающей среды. Со временем они вступят во взаимодействие с множеством других генов, и, чем все это кончится, никто не может предсказать.

Проблемы уже возникают. В частности, в США произошла утечка ГМ-бактерий, что привело к заражению почвы на пшеничных полях и гибели питательных бактерий. Поля стали бесплодными.

Несколько лет назад японская фирма произвела путем генных манипуляций с бактериями препарат триптофан для лечения депрессии. В результате употребления этого лекарства 5000 человек заболели, 1500 стали инвалидами и 37 погибли.

Гены бразильского ореха скрестили с генами соевых бобов для повышения содержания протеина в сое. Комбинация оказалась сильным аллергеном, и производителю пришлось свернуть проект.

Британский ученый Арпад Пуштай, назвавший ГМ-продукты “пищей для зомби”, считает, что они наносят колоссальный вред здоровью. Проведенные им исследования на крысах показали: у животных, которых кормили такими продуктами, уменьшился объем мозга, разрушилась печень, подавлен иммунитет, пострадали кишечник, зобная железа и селезенка.

В июне 2000 года появилось первое подтверждение того, что пища из ГМ-продуктов может вызывать мутации живых организмов. Немецкий зоолог Ханс Хайнрих Каац на опытах доказал, что измененный ген масленичного турнепса проникает в живущие в желудке пчелы бактерии, и те начинают мутировать. "Бактерии в организме человека также могут меняться под воздействием продуктов, содержащих инородные гены, - считает ученый. Трудно сказать, к чему это приведет. Может быть, к мутации".

Бесспорным представляется лишь один вывод: в генных экспериментах необходима предельная осторожность. Разрешение на применение новых медицинских препаратов выдается только после тщательного многолетнего изучения их воздействия на животных и на человека. Трансгенные же продукты свободно продаются во всем мире, хотя их начали производить всего несколько лет назад. А между тем по-настоящему оценить их воздействие на человеческий организм можно будет только через полвека.