IV.2. Биогенные факторы

На границе между США и Канадой расположен самый крупный на нашей планете резервуар чистой воды — Великие озера. Эту уникальную систему составляют озера Верхнее, Мичиган, Гурон, Онтарио и Эри. На побережье и вблизи этих озер находятся крупные населенные и промышленные города — Чикаго, Кливленд, Буффало, Торонто, Милуоки и др., которые вносят основную лепту в загрязнение Великих озер. Одно них, а именно Эри — самое мелкое, протяженностью около 240 миль, еще недавно считалось погибшим. Раньше это озеро относилось к олиготрофным, т.е. характеризовалось низкой первичной продуктивностью и изобилием растворенного в воде кислорода. Примерно с 1910 года началась антропогенная эвтрофизация озера Эри. Эвтрофизация — повышение биологической продуктивности водных экосистем в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных (или природных) факторов, обогащение их питательными веществами, приводящее к чрезмерному развитию планктонных водорослей, что в свою очередь резко снижает запасы кислорода, необходимого для окисления и разложения возросшего количества мертвых водорослей и детрита. Еще в XVII веке, когда появились первые поселения на берегах озера Эри, в нем ловились рыбы ценных пород — канадский и светлоперый судак, озерная ряпушка, атлантический осетр, сельдевидный сиг, щука-маскинонг, озерный голец и др. За последние 50—60 лет резко изменилось биоразнообразие среди обитателей озера. Стали преобладать малоценные виды рыб —речной горбыль, желтый окунь, американская корюшка, сомы-кошки, карп. Не только интенсирный промышленный вылов рыбы и интродукция новых видов ответственны за изменение видового состава популяции, но прежде всего эвтрофизации озера. Интенсивность роста водорослей с 1919 года увеличилась более, чем в 20 раз, стали преобладать не служащие пищей для большинства рыб сине-зеленые водоросли, которые обуславливают "цветение" озера. Бурно разросся фитопланктон (особо следует упомянуть водоросль кладофору, образующую огромные скопления). Это привело к накоплению большого количества детрита, что в свою очередь вызвало снижение содержания кислорода. Последнее чрезвычайно важно, так как в качестве показателя чистоты воды принято использовать БПК (биологическое потребление кислорода), который представляет собой индекс загрязнения, характеризуемый количеством кислорода, которое за определенное время (обычно 5 суток) пошло на окисление органических загрязнителей, содержащихся в единице объема воды.

Причина эвтрофизации, как указывалось выше — биогенные вещества. Под биогенами понимают не только продукты необходимые для существования живых организмов, но и вещества синтезируемые организмами в процессе их жизнедеятельности (биолины, фитон-циды) или же вещества возникшие в результате разложения не полностью минерализованных остатков организмов. Основными биогенами являются нитраты и фосфат (в меньшей степени калий-ионы). Большие их количества поступают с наносами, а также с удобрениями, вымываемыми с полей, садов и огородов, отходами животноводства, птицеферм, промышленными стоками, канализацией, детергентами, кислотными дождями.

Эвтрофизация озера Эри представляет собой классический, но, к сожалению не единственный, пример антропогенного воздействия. Вместе с тем, правильная организация природоохранной деятельности (строительство очистных сооружений, ограничение фосфатсодержащих детергентов и использование их заменителей, применение рациональных приемов возделывания прибрежных сельскохозяйственных угодий и т.д.) помогает замедлить эвтрофизацию. Однако, этот процесс длительный — при выполнении всего комплекса мероприятий, учитывая существующую скорость оттока воды из озера, для удаления 90% биогенных отходов потребуется еще два десятка лет для полного возрождения озера Эри.

Биогенами, т.е. продуктами жизнедеятельностит ряда микроскопических грибов (обычно называемых плесенями) являются микотоксины. Эти агенты могут оказывать серьезное неблагоприятное влияние на здоровье человека и животных. Речь идет о таких классах соединений как афлатоксины, охратоксины, зеараленон, трихотоцены. История открытия афлатоксинов, наиболее подробно изученного класса микотоксинов изложена ранее (см. раздел II.7). Афлатоксины продуцируются некоторыми штаммами грибов Aspergillus flavus и Aspergillus parasiticus. Эти грибы встречаются повсеместно и потому весьма значительны масштабы загрязнения ими пищевых продуктов и кормов для животных. Распространенность и уровень афлатоксиновой контаминации зависят от температуры, влажности, климатических факторов и условий выращивания, уборки и хранения сельскохозяйственых продуктов. Хотя афлатоксины выявляются в различных продуктах, преимущественно и в более высоких концентрациях афлатоксины находят в арахисе и плодах других масличных культур, кукурузе и семенах хлопчатника, древесных орехах и копре. Кроме того, часто заражаются афлатоксинами корма для животных, а в тканях животных, яйцах, рыбе, домашней птице, молоке и молочных продуктах найдены остаточные количества афлатоксинов.

Чувствительность животных разных видов к токсическому воздействию афлатоксинов весьма варьирует. Так, если LD50 для самок некоторых линий крыс — 17,9 мг/кг массы тела, то для кошек она составляет 0,55, а для куриных эмбрионов 0,025 мг/кг. Важно отметить, что главным органом мишенью токсического воздействия у самых разных животных, птиц и рыб является печень.

Сегодня установлено, что часть случаев довольно редкого заболевания — синдрома Рэя (энцефалопатия с жировой дегенерацией внутренних органов) вызвана потреблением пищевых продуктов, загрязненных афлатоксинами.

Существуют весьма убедительные доказательства канцерогенности афлатоксинов, полученные как в экспериментах на многих видах животных (в основном возникают опухоли печени, реже почек, толстого кишечника, пищевода и других органов), так и в эпидемиологических наблюдениях на людях (у последних доминируют злокачественные новообразования печени — гепато- и холангиокарциномы), что позволило отнести это соединение в группу 1 канцерогенного риска (см. раздел II.7).

Особо чувствительным объектом для канцерогенного действия афлатоксинов являются рыбы, в частности искусственно разводимая форель; так для индукции гепатокарцином у радужных форелей достаточно 3 месячное содержание на диете с добавлением лишь 0,4 ppb афлатоксина В1.

Афлатоксины обладают тератогенным и широким спектром мута-генных (генных, геномных и хромосомных) эффектов.

Единичны случаи описания воздействия афлатоксинов на человека в производственных условиях (в основном на фабриках по размолу арахиса и семян других масличных культур, а также по лабораторной очистке афлатоксинов для научно-исследовательских работ), при этом отмечались как случаи рака, так и хронического гепатита.

Несмотря на то, что выделено 17 соединений, называемых афлатоксинами, наибольшее значение имеют афлатоксины В1, В2, G1, G2, М1, М2, Р1, Q1 и афлатоксикол.

Особым видом биологического загрязнения является интродукция сорных растений. Семена подобных растений могут ввозиться из-за границы вместе с импортируемой растительной продукцией. По сведениям государственной карантинной службы на территорию страны попадает большое число видов семян растений, не произрастающих в России. В частности в пшенице, импортируемой из США только за одно десятилетие (1980—1990 гг.) обнаружено около 100 видов семян сорных растений. Принимая во вимание общие объемы завозимых пшеницы и кукурузы, а также их высокую зараженность сорняками, подсчитано, что только один сухогруз грузоподъемностью 50 тысяч тонн поставляет от 20 до 50 млн. штук семян отсутствующих в стране сорных растений, которые могут интродуцироваться в природные и аграрные экосистемы.