22.9. Біологічна детоксикація та буферність водних екосистем

Гідробіонти мають певні захисні механізми протидіяння згубному впливові отрут. Так, черевоногі молюски в токсичному середовищі закривають стулки і випускають велику кількість слизу, який захищає їх організм від доступу токсикантів. Дафнії та інші гіллястовусі рачки виділяють метаболіти, що можуть зв'язувати важкі метали у комплексні сполуки.

Для активно рухливих безхребетних характерною є реакція уникнення: вони намагаються вийти із забрудненої токсичними речовинами зони. Більшість донних тварин фізіологічне захищені від отруєння, у них тканинне дихання замінюється гліколізом (перехід з аеробного на анаеробний тип дихання). Молюски до того ж здатні до детоксикації багатьох органічних токсикантів.

У популяціях гіллястовусих рачків і коловерток у несприятливих умовах партеногенетичний тип розмноження змінюється на статевий. У процесі запліднення самиць утворюються стійкі до проникнення токсикантів яйця (ефіпіуми), які функціонально неактивні і тому не підпадають інтоксикації. Анабіотичні стадії (цисти, спори) розмноження — це один із шляхів збереження популяцій гідробіонтів у несприятливих умовах.

У водних екосистемах відбуваються різні процеси, які протидіють токсифікації і спрямовані на відновлення порушеної екологічної рівноваги. У цьому відношенні водні екосистеми слід розглядати як рухливо-рівноважні динамічні системи, в яких при забрудненні токсикантами порушується рівновага: одні види замінюються іншими, з'являються нові домінанти, посилюється або пригнічується фотосинтез та бактеріальна деструкція, коливаються величини чисельності та біомаси гідробіонтів. Весь цей складний механізм біологічних процесів спрямований на те, щоб зменшити або знешкодити наслідки впливу токсичних речовин, які порушують нормальне функціонування водних екосистем.

У ході фізико-хімічних та біологічних процесів токсиканти тим або іншим шляхом видаляються з водного середовища: розкладаються, седиментують у донні відкладення, зв'язуються в неактивні комплексні сполуки (важкі метали), трансформуються в інші нетоксичні сполуки або накопичуються в різних ланцюгах трофічного циклу. Весь комплекс цих процесів називається детоксикацією (самоочищення від токсикантів), а властивість водних екосистем зберігати і підтримувати свою стабільність в умовах токсифікації називається буферністю.

Звільнення водних екосистем від токсичних речовин пов'язане з фізико-хімічними процесами, до яких належать розбавлення, перенесення течією, механічне руйнування (перетирання) мінеральними частинками, сорбція завислими частинками, осадження в донних відкладеннях з наступним їх замуленням тощо.

Біологічне самоочищення (біологічна детоксикація) здійснюється на основі чотирьох біологічних функцій: фільтраційної (притаманної головним чином ракоподібним-фільтраторам в планктоні та молюскам в бентосі) окисної (фотосинтетична аерація, в ході якої вода збагачується киснем і відбувається окиснення нестійких органічних речовин); мінералізуючої (розкладання органічних сполук бактеріями, грибами, актиноміцетами та іншими мікроорганізмами) та накопичувальної (концентрування токсикантів в органах і тканинах гідробіонтів). Внаслідок цих процесів концентрація токсикантів у водних масах істотно зменшується, але може зростати в донних відкладеннях і гідробіонтах. Результатом такого перерозподілу токсичних речовин може стати хронічна токсифікація екосистеми, яка супроводжується різким зменшенням продуктивності популяцій або масовою загибеллю організмів, які до них входять. Тобто це не справжня детоксикація, а вдавана.

У річках водні маси, забруднені токсикантами, переносяться в пониззя, де вони осідають при зменшенні швидкості течії або виносяться в море. Наслідком цього є забруднення і токсифікація морських вод. Так, у Чорному морі внаслідок постійного притоку залишків токсичних гербіцидів з полів господарств північного Причорномор'я, що вирощують рис, різко скоротились площі філофорного поля Зернова, а під впливом забруднюючих стоків Дунаю, Дніпра і Дністра періодично спостерігаються масові придухи бентосних організмів на значних площах.

Аналогічна ситуація виникає у водосховищах, де внаслідок зниження швидкості течії осаджуються завислі частинки які приносяться притоками. Саме тому водосховища часто відіграють роль відстійників, які, з одного боку, очищають воду, а з другого — накопичують токсиканти в своїй екосистемі. Наслідки такого накопичення виявляються в екстремальних ситуаціях, наприклад, при скаламучуванні донних відкладень під час штормів або внаслідок спрацювання великих мас води через греблю водосховищ (наприклад, як у дніпровських водосховищах в зимові періоди 1995 —1998 pp.). Відбувається перехід токсикантів з донних відкладень в товщу води при одночасному підвищенні її каламутності. Поряд з цим спостерігається гострий дефіцит кисню, що веде в таких випадках до заморів риб і безхребетних.

Проте навіть після самих тяжких екологічних катастроф водні екосистеми можуть відновлюватись протягом певного часу, що пов'язане з рядом чинників. Так, вміст токсикантів рано чи пізно знижується, а залишкові їх концентрації можуть діяти як активатори розвитку водоростей. Крім того, завжди залишається біофонд у донних відкладеннях у вигляді спор, цист та інших життєздатних форм рослин і тварин. Деякі з них можуть заноситись у водойми ззовні: з водою притоків, внаслідок міграції комах, водоплавних птахів, а також відкладання яєць комарами, одноденками, мошками та іншими двокрилими комахами, личинкові стадії розвитку яких проходять у водоймах, тобто використанням ресурсів наземної біосфери.

Вільні ніші, які утворюються у водоймах і водотоках після попадання в них токсикантів, досить швидко заповнюються новими поколіннями гідробіонтів, що інтенсивно розмножуються, як тільки якість води поліпшується.