Токсичность нефтяного загрязнения для морской рыбы - Википедия - Oil pollution toxicity to marine fish

Токсичность нефтяного загрязнения для морской рыбы наблюдалось из разливы нефти такой как Exxon Valdez катастрофы, и из неточечных источников, таких как поверхностный сток, который является крупнейшим источником нефтяного загрязнения морских вод.

Сырая нефть попадающие в водные пути из-за разливов или стоков содержат полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), наиболее токсичные компоненты нефти. Путь поступления ПАУ в рыбу зависит от многих факторов окружающей среды и свойств ПАУ. Общие маршруты проглатывание, вентиляция жабр и кожный захват. Рыбы, подвергшиеся воздействию этих ПАУ, проявляют целый ряд токсических эффектов, в том числе: генетическое повреждение, морфологические деформации, нарушение роста и развития, уменьшение размеров тела, нарушение плавательных способностей и смертность.[1][2][3] Морфологические деформации от воздействия ПАУ, такие как пороки развития плавников и челюстей, приводят к значительному снижению выживаемости рыб из-за снижения способности плавать и кормиться.[1] Хотя точный механизм токсичности ПАУ неизвестен, предлагается четыре механизма.[4] Трудность обнаружения конкретного механизма токсичности в значительной степени связана с большим разнообразием соединений ПАУ с различными свойствами.[4]

История

Исследования по воздействие нефтяной промышленности на окружающую среду всерьез началась в середине и конце 20 века, когда нефтяная промышленность развивалась и расширялась.[5] Крупномасштабные перевозки сырой нефти увеличились в результате увеличения мирового спроса на нефть, что впоследствии привело к увеличению количества разливов нефти.[5] Разливы нефти предоставили ученым прекрасную возможность изучить на месте последствия воздействия сырой нефти на морские экосистемы и совместные усилия Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) и Береговая охрана США Результатом стали более эффективные меры реагирования и подробные исследования воздействия загрязнения нефтью.[5] В Разлив нефти Exxon Valdez в 1989 г., а Разлив нефти Deepwater Horizon в 2010 году оба результата привели к расширению научных знаний о конкретных последствиях токсичности нефтяного загрязнения для морской рыбы.

Exxon Valdez разлив нефти

Целенаправленные исследования токсичности нефтяного загрязнения для рыб всерьез начались в 1989 г., после Exxon Valdez танкер врезался в риф Принц Уильям Саунд, Аляска и вылил около 11 миллионов галлонов сырой нефти в окружающую воду.[6] В то время Разлив нефти Exxon Valdez был самым большим в истории США.[6] Разлив имел множество неблагоприятных экологических последствий, включая потерю миллиардов Сельдь тихоокеанская и горбуша яйца.[5] Тихоокеанская сельдь только начинала нереститься в конце марта, когда произошел разлив, в результате чего почти половина икры популяции подверглась воздействию сырой нефти. Нерест тихоокеанской сельди в приливной и сублиторальный зоны, в результате чего уязвимые яйца легко подвергаются загрязнению.[1]

Глубоководный горизонт разлив нефти

После 20 апреля 2010 г., когда произошел взрыв на Глубоководный горизонт Нефтяная буровая платформа Macondo запустила крупнейший разлив нефти в истории США была представлена ​​еще одна возможность исследования токсичности нефти.[7] Приблизительно 171 миллион галлонов сырой нефти утекло с морского дна в Мексиканский залив, обнажая большую часть окружающих биота.[7] В Разлив нефти Deepwater Horizon также совпало непосредственно с периодом нереста различных экологически и коммерчески важных видов рыб, включая желтоперого и атлантического синего тунца.[8] Разлив нефти непосредственно затронул атлантического синего тунца, поскольку около 12% личинок тунца были обнаружены в загрязненных нефтью водах,[9] и Мексиканский залив - единственное известное нерестилище западной популяции синего тунца.[7]

Воздействие масла

Разливы нефти, а также ежедневный сток нефти из городских районов могут привести к полициклический ароматический углеводород (ПАУ) попадают в морские экосистемы. Как только ПАУ попадают в морскую среду, рыба может подвергаться их воздействию через проглатывание, вентиляцию жабр и попадание в кожу.[10] Основной путь поглощения будет зависеть от поведения видов рыб и физико-химических свойств рассматриваемых ПАУ. Среда обитания может быть основным решающим фактором при выборе пути заражения. Например, демерсальная рыба или рыба, потребляющая демерсальную рыбу, с высокой вероятностью поглощают ПАУ, сорбировавшиеся в отложениях, тогда как рыба, которая плавает на поверхности, подвержена более высокому риску воздействия на кожу. При контакте с ЛАГ, биодоступность повлияет на скорость усвоения ПАУ. EPA определяет 16 основных ПАУ, вызывающих озабоченность, и каждый из этих ПАУ имеет разную степень биодоступности. Например, ПАУ с более низкой молекулярной массой более биодоступны, потому что они легче растворяются в воде и, следовательно, более биодоступны для рыб в толще воды. По аналогии, гидрофильный ПАУ более биодоступны для поглощения рыбами. По этой причине использование нефтяные диспергенты, подобно Corexit для обработки разливов нефти может увеличить поглощение ПАУ за счет увеличения их растворимости в воде и повышения их доступности для поглощения через жабры.[10] После поглощения ПАУ метаболизм рыб может повлиять на продолжительность и интенсивность воздействия на ткани-мишени. Рыбы способны легко метаболизировать 99% ПАУ до более гидрофильных метаболит через их гепато-билиарную систему.[10] Это позволяет выводить из организма ПАУ. Скорость метаболизма ПАУ будет зависеть от пола и размера вида. Способность метаболизировать ПАУ в более гидрофильную форму может предотвратить биоаккумуляция и предотвращают передачу ПАУ организмам, находящимся дальше по пищевой сети. Поскольку нефть может сохраняться в окружающей среде еще долгое время после разлива нефти из-за седиментации, демерсальная рыба, вероятно, будет постоянно подвергаться воздействию ПАУ через много лет после разливов нефти. Это было доказано изучением желчных метаболитов ПАУ донных рыб. Например, донная рыба все еще показывала повышенные уровни низкомолекулярных метаболитов ПАУ через 10 лет после Exxon Valdez разлив нефти.[10]

Компоненты сырой нефти

Сырая нефть состоит из более чем 17 000 соединений.[11] Среди этих 17000 соединений - ПАУ, которые считаются наиболее токсичными компонентами нефти.[10] ПАУ образуются пирогенный и петрогенные процессы. Петрогенные ПАУ образуются из-за повышенного давления органического материала. Напротив, пирогенные ПАУ образуются в результате неполного сгорания органического материала. Сырая нефть, естественно, содержит петрогенные ПАУ, и уровни этих ПАУ значительно увеличиваются из-за сжигания нефти, которое создает пирогенные ПАУ. Уровень ПАУ, обнаруженных в сырой нефти, зависит от типа сырой нефти. Например, сырая нефть из Exxon Valdez при разливе нефти концентрация ПАУ составила 1,47%, в то время как концентрации ПАУ из Северного моря имеют гораздо более низкие концентрации - 0,83%.[10]

Источники загрязнения сырой нефтью

Загрязнение сырой нефтью морских экосистем может привести к попаданию в эти экосистемы как пирогенных, так и петрогенных ПАУ. Петрогенные ПАУ могут попадать в водные пути через просачивание нефти, крупные разливы нефти, креозот и сток мазута из городских районов.[12] Источниками пирогенных ПАУ являются дизельная сажа, резина и угольная пыль.[13] Хотя существуют естественные источники ПАУ, такие как вулканическая активность и просачивание угольных месторождений, антропогенные источники представляют собой наиболее значительный вклад ПАУ в окружающую среду.[12] Эти антропогенные источники включают отопление жилых домов, производство асфальта, газификацию угля и использование нефти.[12] Загрязнение петрогенными ПАУ чаще всего происходит от разливов сырой нефти, таких как Exxon Valdez, или утечки масла; однако со стоком могут преобладать пирогенные ПАУ. Хотя крупные разливы нефти, такие как Exxon Valdez может доставить большое количество сырой нефти в локализованный район за короткий промежуток времени, суточный сток составляет большую часть нефтяного загрязнения морских экосистем. Атмосферные выпадения также могут быть источником ПАУ в морских экосистемах. На осаждение ПАУ из атмосферы в водоем в значительной степени влияет разделение ПАУ на газовые частицы.[12]

Последствия

Многие эффекты воздействия ПАУ наблюдались у морских рыб. В частности, исследования проводились на эмбриональном и личинка рыбы, развитие рыб, подвергшихся воздействию ПАУ, и поглощение ПАУ рыбами различными путями воздействия. Одно исследование показало, что Сельдь тихоокеанская икра, подвергшаяся воздействию условий, имитирующих разлив нефти «Exxon Valdez», приводила к преждевременному вылуплению икры, уменьшению размера по мере созревания рыбы и значительному тератогенный последствия, включая пороки развития скелета, сердечно-сосудистой системы, плавников и желточного мешка.[1] Желточный мешок отек был ответственен за большую часть гибели личинок сельди.[1] Было замечено, что тератогенные пороки развития спинного плавника и позвоночника, а также челюсти эффективно снижают выживаемость развивающихся рыб за счет ухудшения плавания и кормления соответственно. Кормление и избегание добычи посредством плавания имеют решающее значение для выживания личинок и молоди рыб.[1] Все эффекты, наблюдаемые в икрах сельди в исследовании, соответствовали эффектам, наблюдаемым в подвергшихся воздействию икры рыб после Exxon Valdez разлив нефти.[1] У эмбрионов рыбок данио, подвергшихся воздействию масла, наблюдались серьезные тератогенные дефекты, подобные тем, которые наблюдаются у эмбрионов сельди, включая отек, сердечная дисфункция, и внутричерепные кровоизлияния.[3] В исследовании, посвященном поглощению ПАУ рыбами, эмбрионы лосося подвергались воздействию сырой нефти в трех различных ситуациях, в том числе через сточные воды из нефтеносного щебня.[2] Концентрации ПАУ у эмбрионов, подвергшихся прямому воздействию нефти, и эмбрионов, подвергшихся воздействию вытекающих ПАУ, существенно не различались. Было замечено, что воздействие ПАУ приводит к смерти, даже когда ПАУ попадают в организм рыб через сточные воды. По результатам было определено, что эмбрионы рыб около Exxon Valdez Разливы в проливе Принца Уильяма, которые не контактировали напрямую с нефтью, все же могли накапливать летальные уровни ПАУ.[2] Хотя во многих лабораторных и естественных исследованиях наблюдались значительные неблагоприятные эффекты воздействия ПАУ на рыбу, отсутствие эффектов также наблюдалось для некоторых соединений ПАУ, что могло быть связано с недостаточным поглощением во время воздействия этого соединения.[3]

Предлагаемый механизм токсического действия

Хотя было доказано, что различные классы ПАУ действуют посредством различных токсических механизмов из-за различий в их молекулярной массе, расположении колец и свойствах растворимости в воде, конкретные механизмы токсичности ПАУ для рыб и развития рыб до сих пор неизвестны.[3] Токсичность зависит от степени смешивания химического вещества, содержащегося в масле, с водой: это называется фракция, связанная с водой масла. Предлагаемые механизмы токсичности ПАУ заключаются в токсичности через наркоз, взаимодействие с путем AhR, алкил фенантрен токсичность и аддитивная токсичность по нескольким механизмам.[4]

  • Согласно исследованию, модель наркоза не могла точно предсказать исход воздействия смеси ПАУ на сельдь и горбушу.[4]
  • Было обнаружено, что первичная токсичность этих ПАУ для эмбрионов рыб не зависит от AhR, и их сердечные эффекты не связаны с активацией AhR или Цитохром P450, семейство 1, член A индукция в эндокард.[3]
  • В алкил фенантрен Модель была изучена путем воздействия смесей ПАУ на сельдь и горбушу в попытке лучше понять механизмы токсичности ПАУ. Было обнаружено, что модель обычно предсказывает исходы сублетального и летального воздействия.[4] Окислительный стресс и влияние на сердечно-сосудистый морфогенез предложены механизмы токсичности алкилфенантрена.[4] Конкретный путь неизвестен.
  • Поскольку ПАУ содержат много различных вариантов ПАУ, токсичность можно объяснить использованием нескольких механизмов действия.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Карлс, М.Г., Райс, С.Д., Шланг, Дж. Э. 1999. Чувствительность эмбрионов рыб к выветрившейся сырой нефти: Часть I. Воздействие низкого уровня во время инкубации вызывает пороки развития, генетические повреждения и смертность личинок тихоокеанской сельди (Clupea pallasi). Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 481–493.
  2. ^ а б c Хайнц, Р.А., Шорт, Дж. У., Райс, С.Д. 1999 Чувствительность эмбрионов рыб к выветрившейся сырой нефти: Часть II. Повышенная смертность эмбрионов горбуши (Oncorhynchus gorbuscha) при инкубации после выветривания сырой нефти Exxon Valdez. Экологическая токсикология и химия, 18 (3): 494–503.
  3. ^ а б c d е Incardona, JP, Carls, MG, Teroaka, H, Sloan, CA, Collier, TK, Scholz, NL. 2005. Токсичность выветренной сырой нефти, не зависящей от арилуглеводородных рецепторов, в процессе развития рыб. Перспективы гигиены окружающей среды, 113 (12): 1755–1762.
  4. ^ а б c d е ж грамм Бэррон М.Г., Карлс М.Г., Хайнц Р., Райс С.Д. 2003. Оценка моделей токсичности на ранних этапах жизни рыб при хроническом воздействии на эмбрион сложных полициклических смесей ароматических углеводородов. Оксфордские журналы. 78 (1): 60–67.
  5. ^ а б c d Шигенака, Г. 2014. Двадцать пять лет после разлива нефти Exxon Valdez: научная поддержка, мониторинг и исследования NOAA. Сиэтл: Управление реагирования и восстановления NOAA.
  6. ^ а б Скиннер, С.К., Рейли, В.К. 1989. Разлив нефти Exxon Valdez: доклад президенту. Национальная группа реагирования США.
  7. ^ а б c Адамс, А. 2015. Краткое изложение информации об экологических и экономических последствиях катастрофы, связанной с разливом нефти на глубоководном горизонте BP. Совет по защите национальных ресурсов. IP: 15-04-А
  8. ^ Incardona JP, Gardner LD, Linbo TL, Brown TL, Esbaugh AJ, Mager E, Stieglitz JD, French BL, Labenia JS, Laetz CA, Tagal M, Sloan CA, Elizur A, Benetti DD, Grosell M, Block BA, Scholz NL . 2014. Нефть Deepwater Horizon поражает развивающиеся сердца крупных хищных пелагических рыб. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 111 (15): 1510–1518.
  9. ^ Мюлинг, Б.А., Роффер, М.А., Ламкин, Д.Т., Ингрэм, младший, Г.В., Аптон, М.А., Гавликовски, Г., Мюллер-Каргер, Ф., Хабтес, С., Ричардс, В.Дж. 2012. Перекрытие нерестилищ атлантического синего тунца и обнаруженная нефть на поверхности Deepwater Horizon в северной части Мексиканского залива. Бюллетень загрязнения моря. 64 (4): 679–687.
  10. ^ а б c d е ж Снайдер, Сьюзен, Эрин Пульстер, Дана Ветцель, Стивен Муравски. 2015. Воздействие ПАУ на демерсальных рыб Мексиканского залива, постглубоководный горизонт. Наука об окружающей среде и технологии 49: 8786–8795.
  11. ^ Пампанин Д.М., Сиднес, Миссури. (2013). Полициклические ароматические углеводороды как составная часть нефти: присутствие и влияние в водной среде, углеводороды, д-р Владимир Кутчеров (ред.), InTech
  12. ^ а б c d Хусейн, Абдель и Мона Мансур. 2015. Обзор полициклических ароматических углеводородов: источник, воздействие на окружающую среду, влияние на здоровье человека и восстановление. Египетский нефтяной журнал 25: 107–123
  13. ^ Берджесс, Р.М., Рыба, С., Кантуэлл, М., Перрон, М.М., Тьен, Р., Тибидо, Л.М. 2001. Биодоступность ПАУ из пирогенных и петрогенных источников с использованием стеклянной рыбы. Ежегодное собрание Общества экологической токсикологии и химии, Балтимор, Мэриленд.