Адаптация к воздействию загрязняющих веществ

Вопрос возникновения сложных систем хемокоммуникаций в живой природе сопряжен с вопросами эволюции органического мира и возникновения приспособлений (адаптаций). Адаптация рассматривается как движущая сила эволюционного процесса, а развитие жизни в целом носит адаптивный характер.

По определению (http://www.glossary.ru), адаптация фенотипическая, адаптация физиологическая – любой обратимый процесс приспособления к среде на уровне особи, популяции, вида и биоценоза. Физиологическая индивидуальная адаптация или адаптация в одном поколении организмов называется также фенотипической, или онтогенетической адаптацией. Она может быть закреплена наследственно и перейти в генотипическую.

Стоит различать понятия «компенсация» и «адаптация».

По-видимому, понятие « компенсация » подразумевает наличие некоторого, уже состоявшегося нарушения биологической системы, которое оказывается компенсированным (возмещенным). Напротив, «адаптация» (в прямом переводе – «приспособление») предполагает такую перестройку системы в ответ на воздействие, которая позволяет ей сохранить устойчивость и не дать развиться даже скрытым, компенсируемым нарушениям, т.е. перестройку, осуществляемую в рамках вариантов нормы, в тех рамках, в которых система еще не претерпевает качественных изменений.

В экологической токсикологии, изучающей функционирование систем надорганизменного ранга, можно говорить о двух уровнях адаптации:

1. Приспособительные реакции в организмах, выраженные в разнообразной коррекции определенных биохимических, физиологических и иных процессов, обеспечивающих их нормальное функционирование. Наличие подобных реакций у животных и растительных объектов широко подтверждается многочисленными данными медицинской токсикологии и не вызывает сомнения.

2. Приспособительные реакции надорганизменного характера, типичные для природных систем, подверженных длительному влиянию неблагоприятных факторов. Под термином «адаптация» в этом случае подразумевается поддержание популяцией некоторого нормального уровня ее функционирования (за счет толерантности особей, плодовитости и т.д.), а также наличие генетической изменчивости, достаточной для того, чтобы посредством естественного отбора адаптироваться к условиям окружающей среды.

В медицине существует понятие адаптационного синдрома, подразумевающего такие реакции организма в ответ на раздражения значительной интенсивности, которые имеют общие неспецифические черты. Процесс адаптации к необычным, экстремальным (крайним) условиям проходит несколько стадий или фаз: вначале преобладают явления декомпенсации (нарушения функций), затем неполного приспособления – активный поиск организмом устойчивых состояний, соответствующих новым условиям среды, и, наконец, фаза относительно устойчивого приспособления.

Также можно говорить о неспецифичности реакций природных систем на внешнее токсическое воздействие, если они имеют место. Эта неспецифичность популяционного ответа, с одной стороны, затрудняет диагностику наличия экотоксикологического эффекта; с другой – наши сведения о механизмах популяционных реакций на действия природных факторов позволяют предвидеть процессы, защищающие популяцию и компенсирующие неблагоприятное влияние, вызванное действием токсических факторов.

Одним из важнейших проявлений адаптационных явлений в растительных популяциях является направленное изменение их эколого-генетической структуры, позволяющее растительным сообществам выполнять свои биогеоценотические функции в измененных условиях среды.

Так, установлено, что растения сохраняют нормальную жизнеспособность лишь в пределах определенных колебаний концентрации или соотношений тех или иных химических элементов. Выход за эти интервалы вызывает заметные отклонения от нормального развития и приводит к появлению биогеохимических эндемий. К таким отклонениям относят хлорозы и некрозы листьев, укорачивание междоузлий, карликовость, недоразвитие генеративных органов, нарушение плодо- и семяобразования и т.д. Вместе с тем незначительная часть популяции, оказавшаяся в необычных геохимических условиях, сохраняет нормальную жизнеспособность. Усиленный отбор таких форм, по мнению ряда ученых, приводит к возникновению эндемичных видов. В связи с этим В.В. Ковальским (1974) было высказано предположение, что в районах с резкими колебаниями геохимических условий происходит интенсивное видообразование. Аргументируя данное положение, В.В. Ковальский рассматривал приуроченность центров происхождения культурных растений, выделенных В.В. Вавиловым, к горным районам, где геохимическая среда наиболее гетерогенна и изменчива.

Другой пример, Л.Ф. Семериков и Н.С. Завьялова (По: В.С. Безель и др., 1994) изучали влияние нефтяного загрязнения на изменчивость длины проростков семян канареечника, выращиваемых в нейтральной среде и средах, содержащих стимулирующий или ингибирующий раствор. Если эколого-генетическую изменчивость проростка семян растения в различных средах рассматривать как отражение генотипической структуры его популяций, то можно сделать вывод, что нефтяное загрязнение способно существенно изменить генетическое разнообразие канареечника. При сильном загрязнении подобрались генотипы растений, мало отличающиеся друг от друга как по средним значениям длины проростка, так и по их реакции на среду.

В литературе имеются данные о реакции на загрязнения популяций животных. Например, Хопкин и Мартин (По: В.С. Безель и др., 1994) показали, что хищные многоножки (Chilopoda), отловленные на местах, характеризующихся повышенным содержанием цинка, кадмия, свинца, меди, показывают большую устойчивость к действию токсических факторов, чем животные с чистых участков, если тех и других содержать на рационах с повышенным количеством перечисленных металлов. Несмотря на возможность индивидуальной адаптации животных к повышенному поступлению токсикантов, приводимые данные, подобно обсуждаемым для растительных популяций, скорее всего, отражают эффект адаптированности популяционного уровня. В силу исходной разнокачественности природных популяций происходит своеобразное «обогащение» популяции толерантными особями. Именно поэтому при экспериментальном содержании животных на рационах с высокими уровнями токсических элементов эта группа многоножек характеризовалась повышенной выживаемостью по сравнению с контрольной.

Другой пример, у лягушек, обитающих в районе водоемов с промышленным загрязнением, отмечены увеличения показателей абсолютного веса печени, почек, легких и жировых тел во всех возрастных группах амфибий из биотопов зоны промышленного загрязнения. Все это, возможно, свидетельствует о повышенном уровне метаболизма и, вероятно, связано с интенсификацией функций органов и тканей под влиянием токсикантов. Хотя по имеющимся данным нельзя однозначно выделить роль адаптации на организменном уроне, есть серьезные основания считать, что и в этом случае речь идет о популяционных процессах.

Факт повышенной изменчивости некоторых показателей, возникающей под влиянием техногенного воздействия, отмечается многими исследователями на растительных и животных объектах. Является ли это многообразие форм благом для популяции?

Однозначного ответа, видимо, не существует. Действительно, с одной стороны, если рассматривать техногенный фактор в качестве постоянно действующего, то появление в популяции широкого набора форм, в различной мере приспособленных к его влиянию, видимо, обеспечивает популяции большую устойчивость.

С другой стороны, увеличение популяционной устойчивости по отношению к токсическому фактору, видимо, сопровождается потерей иных свойств, повышающих ее приспособленность в «обычных» природных условиях. Так, не случайно популяция на «чистых» участках состоит из иных форм растений по сравнению с загрязненными.

Проблема популяционной адаптации – сложнейшая в экологической токсикологии. Ее решение во многом базируется на фундаментальных закономерностях популяционной генетики.

Контрольные вопросы

1. Что изучает токсикология и каковы основные ее задачи?

2. Охарактеризуйте главные разделы токсикологии.

3. Каковы принципы классификации ядов?

4. Чем занимается токсикометрия?

5. Что понимают под токсичностью вещества? Под опасностью вещества?

6. Перечислите основные экспериментальные (первичные) параметры токсикометрии.

7. Чем отличается среднесмертельная концентрация вещества CL₅₀ от среднесмертельной дозы ДL₅₀?

8. Производные параметры токсикометрии.

9. Классификация производственных вредных веществ по степени опасности. На какие классы опасности подразделяются промышленные яды?

10. Принципы санитарно-гигиенического нормирования веществ.

11. Основные показатели санитарной оценки воздушной среды: ПДК_р-з, ПДК_м.р, ПДК_с.с.

12. Чем отличается нормирование качества воды от нормирования загрязнения почвы?

13. Методы определения параметров токсикометрии.

14. В чем состоит специфика токсического действия вещества (понятие «химической травмы)?

15. Основные положения теории рецепторов.

16. Чем занимается токсикокинетика?

17. Каково строение биологических мембран?

18. Каким путем осуществляется транспорт ядовитых веществ в организме?

19. Основные пути проникновения ядов в организм.

20. Каким образом осуществляется распределение вредных веществ в организме?

21. Что понимают под кумуляцией токсичных веществ в организме?

22. Назовите типы биотрансформаций токсичных веществ, приведите примеры реакций.

23. Каковы пути выведения ядов из организма? Их особенности.

24. Что понимают под острым и хроническим отравлениями?

25. Взаимосвязь строения, состава химических веществ с их токсичностью.

26. Привыкание к ядам как способ адаптации организма.

27. Охарактеризуйте несколько видов комбинированного действия ядов.

28. Антидоты, их механизм действия.

29. Принципы расчетных методов определения ПДК_р.з.

30. Расчеты ПДК_р.з. по показателям токсичности, по физико-химическим показателям веществ и по биологической активности химических связей.

31. Укажите основные стадии токсикологической оценки предприятия.

32. Основные показатели токсикологического паспорта вещества.

33. С чем связана токсичность металлов?

34. Что такое ксенобиотический профиль среды?