Ekologia – ćw. 2

 

EKOTOKSYKOLOGIA

Toksykologia – wpływ substancji toksycznych na organizmy żywe (na ćwiczeniach badamy wpływ na wioślarki – org. modelowe)

Ekotoksykologia – wpływ substancji toksycznych na oddziaływania między organizmami.

Toksyny – produkty przemian metabolicznych wytwarzanych w celach obronnych przez roślinę lub zwierzę. 

Substancje toksyczne – szkodliwe zw. chemiczne pochodzenia abiotycznego , nie produkowane przez organizmy żywe (do jezior dostają się np. ze ściekami)

-          zanieczyszczenia naturalne

o        erozje

o        wybuchy wulkanów (np. SO2 i inne gazy powodujące m.in. kwaśne deszcze)

o        eutrofizacja (np. strumień płynący przez skały bogate w związki ineralne wypłukuje je – dostają się do jeziora poniżej użyźniając je – rozwój organizmów planktonowych - zakwity )

-          spowodowane przez człowieka

o        natury chemicznej (konsekwencje : zakwity wód i kwaśne deszcze)

§         gazy cieplarniane

§         metale ciężkie (np. Pb2+ dodatek do paliw)

§         nawozy sztuczne (najpierw nieszkodliwe, spływają do wód : przyśpieszają procesy eutrofizacji)

§         pestycydy

o        natury fizycznej

§         temperatura (np. jeziora koło elektrowni – temperatura w nich panująca może być nawet o 10º wyższa niż normalnie. Latem –około 30, zimą – nie zamarza)

§         promieniowanie jonizujące

o        natury biologicznej

§         GMO (np. odporność na pestycydy)

 

Drogi działania substancji toksycznych.

-          inhibitory enzymów (enzym : wykorzystywany w szlaku metabolicznym przekształcania jakieś substancji w metabolit. Zablokowanie – jeśli to ważny metabolit – może doprowadzić do poważnych zaburzeń zdrowotnych)

-          analogi substratów (podłączają się do miejsca aktywnego, lub konkurują o nie. Np. neurotoksyczny enzym spowalniający reakcje lub ją blokujący )

-          rozprzęganie błon biologicznych (gradient molowy – substancje przenoszące protony bez użycia ATP)

-          substancje reagujące z DNA (np. kancerogeny, także substancje powodujące mutacje, pęknięcia nici)

-          substancje wywołujące stres oksydacyjny (zwiększenie liczby wolnych rodników tlenowych wewnątrz komórki)

 

Wpływ substancji toksycznych na organizm

-          bezpośredni : negatywne działanie

-          pośredni – mechanizmy obronne:

o        enzymy rozkładające substancje toksyczne

o         zwiększenie zdolności wydalniczych

o        gromadzenie toksyn w tkankach, które nie są chwilowo potrzebne (np. tłuszczowa)

 

Poziomowe działanie substancji toksycznych:

-          poziom molekularny

-          poziom komórkowy

-          poziom tkankowy

-          -„- organowy

-          -„- układów

-          -„- osobniczy

-          -„- populacyjny

-          -„- biocentyczny

-          biosfera

Przy czym ostatnie 4 poziomy odgrywają istotna role w ekologii.

Poziom molekularny – I linia obrony :

-          białka - których ekspresja zmienia się w obecności czynnika stresowego (np. białka HSP 70, HSP 90) pomagające enzymom odpowiednio się „ukształtować”,

-           enzymy – ich aktywność rośnie w obecności  PCB (ksenobiotyki – nieobecne w naturalnym środowisku) – polichlorowe bifenyle

-          cytochrom p450

-          reduktaza p450 (pochodzenie naturalne)

Zmiany zachodzące na poziomie osobniczym i kolejnych poziomach są tylko cieniem zjawisk zachodzących na poziomie molekularnym. Tylko na nim można odróżnić bezpośrednie działanie substancji toksycznej od mechanizmów obronnych. Wyższe poziomy : nie wiadomo, czy obserwowany efekt jest wywołany przez substancję toksyczną (np. gorączka wywołane przez bakterie) od mech. obronnych (np. walka organizmu z infekcja właśnie przez wywołanie gorączki)

Ad poziom osobniczy

Historia życia to:

-          czas życia, wiek

-          czas rozwoju embrionalnego

-          czas do pierwszej reprodukcji (i kolejnej)

-          czas miedzy reprodukcjami

-          liczba potomstwa

 

Substancje toksyczne mogą powodować zmiany:

-          morfologiczne (wielkość i kształt ciała)

-          behawioralne

-          historii życia (długości, czasu przystępowania do rozrodu, liczba potomstwa)

Bilans energetyczny organizmu:

-          przychody (zdobyty pokarm i jego asymilacja – np. wioślarki :filtracja z wodą glonów)

-          rozchody (podtrzymanie własnego metabolizmu – produkcja enzymów trawiących, bicie serca, rozmnażanie : produkcja potomstwa)

Obrona przed czynnikami środowiskowymi (w tym detoksykacja) pociąga za sobą duże wydatki energetyczne, rosną koszty metabolizmu : mniej energii zostaje na produkcję.

Poziom populacyjny

-          pojemność środowiska

-          rozrodczość

Poziom biocenozy

Wpływ substancji toksycznej na oddziaływanie między populacjami.

Odmienna wrażliwość różnych organizmów (na różnych poziomach troficznych) na substancje toksyczne.

-          zmiany liczebności populacji

-          zmiany struktury troficznej ekosystemu

np. pestycydy mające zmniejszyć ilość szkodników. – na substancje toksyczne reaguje drapieżnik (umiera pierwszy), i w efekcie obserwujemy wzrost liczebności szkodników.

Czyli:

-          na poziomie populacyjnym : substancja toksyczna szkodzi

-          na poziomie biocenozy : może spowodować takie zmiany w strukturze troficznej, że liczebność wzrośnie.

Np. środowisko wioślarek. Zwykle dominują największe (daphnia) – najlepiej filtrują wodę. Jeśli jednak w środowisku naturalnym pojawią się substancje toksyczne (np. karbaryl) dominują mniejsze (np. Bosma) : co może wpłynąć na zmiany całej sieci troficznej.

Parametry toksykologiczne

LC50 (lethal concentration) – stężenie substancji toksycznej w którym umiera 50% osobników w określonym czasie (najczęściej 48h), odnosi się do środowiska wodnego

LD50 (lethal bose) – dawka substancji toksycznej po podaniu której wymiera około 50% osobników np. szczurki , nie tylko do środ. Wodnego

EC50 (effect concentration ) – stężenie subst. toks. które wywołuje określony efekt na 50 % osobników w określonym czasie (np. śmierć – LC50, wysypka....)

LT5o (lethal time)  – czas po którym umiera 50% osobników w określonym stężeniu subst. toksycznej)

NOEC (non observed effect concentration) – stężenie przy którym nie obserwuje się określonego efektu w określonym czasie.

LOEC (lowest observed effect concentration) – najniższe wartości, przy której jest obserwowalny efekt działania substancji toksycznej na osobnika.

Toksyczność ostra (toksykologia) – w efekcie prowadzi do śmierci organizmu

Toksyczność chroniczna (ekologia, ekotoksykologia) – efekt nie prowadzący do śmierci a jedynie obniżający dostosowanie badanej populacji.