9

1. Лекция 1. Введение. Истоки возникновения, основные этапы становления экотоксикологии как научного направления, современное определение. Предмет и задачи экотоксикологии; методы исследования. Конечная цель и актуальность экотоксикологических исследований. Связь экотоксикологии с другими науками. Использование в экотоксикологии теоретической базы, терминологии и методологии экологии.

Токсичность, токсическое действие, токсический процесс, токсический эффект. Формы проявления токсического процесса на разном уровне организации живой материи. Общие черты и различия экотоксикологии и токсикологии.

Основные разделы экотоксикологии и круг решаемых в их масштабах задач. Родственные экотоксикологии междисциплинарные направления: экологическая химия, химическая экология, химия окружающей среды.

Развитие производства неразрывно связано с расширением круга используемых химических веществ. Человек стремится создать новые синтетические вещества, превосходящие природные соединения по потребительским свойствам или отличающиеся более широким спектром областей применения, увеличивает объемы применяемых пестицидов, удобрений и других химических веществ.

Несколько десятков лет назад химические отходы производства просто сбрасывали в окружающую среду, а пестициды и удобрения практически бесконтрольно вносили или распыляли над огромными территориями. Таким образом, в естественной деятельности человечества таится объективная причина неуклонного усиления химической опасности для окружающей среды, увеличения «химического пресса» на все живое.

2. Значительная часть живых организмов в той или иной мере подвержена действию различных химикатов. Они проникают в организм с вдыхаемым воздухом, водой и продуктами питания. Очевидным последствием такого воздействия стало увеличение уровня заболеваемости.

Первоначально общество обращало внимание на негативные последствия производства и распространения синтетических веществ для здоровья людей, как работающих в химической и некоторых других отраслях промышленности, так и не связанных с ними производственными отношениями. В результате были введены определенные санитарно-гигиенические нормативы, направленные на сохранение здоровья человека.

В дальнейшем (последние 4 десятилетия) внимание общества привлекли последствия для окружающей среды «химизации» жизни человека. Были отмечены отдаленные и глубокие воздействия на природные экосистемы: уменьшение численности или даже почти полное исчезновение отдельных видов животных, как правило, находящихся на высоких трофических уровнях (хищные птицы, тюлени).

Все это привело к возникновению новой междисциплинарной отрасли науки об окружающей среде – экологической токсикологии (или кратко экотоксикологии).

3. Первым толчком к возникновению экологической токсикологии явилось появление в 1962 году книги Рэчел Карсон «Молчаливая весна», в которой описаны случаи массовой гибели птиц и рыб от бесконтрольного использования пестицидов. Эта книга привлекла внимание ученых, общественных и политических деятелей. Одним из последствий публикации книги стало философское осмысление проблемы защиты окружающей среды. Это нашло выражение в создании обществ защиты окружающей среды, в издании правительственных законодательных актов и межправительственных соглашений, регламентирующих использование пестицидов и других химикатов, выбросы химических веществ в окружающую среду.

4. Официально экотоксикология как термин, определяющий самостоятельное научное направление, введен в 1969 г. В этом году при Международном научном комитете по проблемам окружающей среды (сокращенно СКОПЕ, Париж, Франция) была организована специальная Рабочая комиссия по экологической токсикологии, которая сформулировала основные направления работ по экотоксикологии и приняла первое официальное определение экотоксикологии.

В 1978 г. на конференции СКОПЕ было принято уточненное определение экотоксикологии, применяемое до сих пор.

"Экотоксикология — междисциплинарное научное направление, связанное с токсическими эффектами химических веществ на живые организмы, преимущественно на популяции организмов и биоценозы, входящие в состав экосистем. Она изучает источники поступления вредных веществ в окружающую среду, их распространение и превращение в окружающей среде, действие на живые организмы. Человек, несомненно, является наивысшей ступенью в ряду биологических «мишеней»" (Безель, 1994, с.5; Головко и др., 1999, с.9; Исидоров, 1999, с.140; Лебедева, 1999, с.4; Основы токсикологии, 2002; с.545; Почвенная фауна в экологическом контроле, 1994, с.17).

5. Основным предметом экотоксикологии следует считать изменения, вызываемые вредными веществами в биологических системах надорганизменного уровня (популяциях, биоценозах).

Токсические эффекты молекулярно-генетического, клеточно-тканевого и онтогенетического уровней в организмах, которые проявляются в виде разнообразных физиологических, биохимических, функциональных нарушений, рассматриваются в экотоксикологии в качестве первичных токсических эффектов. Следствием данных первичных эффектов являются нарушения популяционных и биоценотических механизмов (вторичные токсические эффекты в экосистеме).

6. Как задачи экотоксикологи можно выделить следующие приоритетные направления:

- исследование источников поступления экотоксикантов и изучение их судьбы в абиотических компонентах экосистем;

- исследование биодоступности экотоксикантов, биоаккумуляции и метаболизма в живых организмах;

- изучение токсического действия поллютантов и продуктов их трансформации в окружающей среде.

Конечная цель экотоксикологических исследований по данным направлениям - дать научно обоснованный прогноз судьбы биогеоценозов, подверженных токсическому действию химических веществ.

Одной из прикладных задач экотоксикологии является установление допустимых уровней воздействия химических веществ на экосистемы. 

Актуальность экотоксикологических исследований состоит в том, что экотоксикология занимает важное место в комплексе биологических, медицинских, технических научных направлений, выполняющих важнейший социальный заказ общества - разработку стратегии рационального природопользования.

7. Основные методы экотоксикологии:

-экологический мониторинг (в первую очередь, его основная составляющая – биомониторинг), биоиндикация (оценка качества окружающей среды), биотестирование (экспериментальное изучение токсических эффектов);

-методы "традиционной" токсикологии при изучении трансформации химикатов в тканях и органах, действия химикатов и продуктов их превращений на живые организмы (методы по изучению механизмов токсического действия, оценка соотношения «доза — эффект», виварные исследования и т.д.);

- химико-аналитические методы определения экотоксикантов в абиотических объектах окружающей среды и организмах, методы математического моделирования и экстраполяции;

- метод оценки экологического риска - специфический метод экотоксикологии.

Актуальность экотоксикологических исследований состоит в том, что она занимает важное место в комплексе биологических, медицинских, технических научных направлений, выполняющих важнейший социальный заказ общества - разработку стратегии рационального природопользования.

8. Экотоксикология как область знаний связана с широкой группой наук.

В первую очередь, она использует фундаментальные закономерности, терминологию и метологию, практикуемые в общей экологии и токсикологии. Экотоксикология оперирует категориями общей экологии (экосистема, биогеоценоз, биоценоз, биотоп, биосфера, популяция, окружающая среда и др.) и токсикологии (яд, токсикант, токсичность, опасность, токсический процесс,токсический эффект и др.).

Экотоксикология также пользуется собственными терминами, такими как экотоксикант, суперэкотоксикант (особо опасный экотоксикант), ксенобиотик, ксенобиотический профиль, персистентность и др.).

Экотоксикология включает в себя элементы таких естественных наук, как химия, биология, география, геология, биохимия, биогеохимия, физиология, популяционная генетика и др. Эти научные знания необходимы для анализа источников поступления вредных веществ в экосистемы, их миграции, трансформации, накопления в компонентах экосистем. Экотоксикология также тесно связана с медико-фармакологическими дисциплинами, используя их научный опыт при оценке связи структуры токсиканта и его токсического воздействия на организм.

Указанные факты определяют характерный междисциплинарный статус экологической токсикологии.

9.

Биологические компоненты	Гены	Клетки	Органы		Организм	Популяции	Сообщества
+	↨↨	↨↨	↨↨		↨↨	↨↨	↨↨
Абиотические компоненты	Вещество Энергия
=	=	=	=	=		=	=
Биосистемы	генетические системы	клеточныесистемы	системы органов	системы организмов		популяционные системы	экосистемы
				Системы изучаемые экологией

Рис. 1. Биологические системы (Одум Ю, 1986, с.14; Головко, 1999, с.4-5).

Экология	Аутэкология	Демэкология	Синэкология
Экотоксикология	Аутэкотокси-кология	Демэкотокси-кология	Синэкоток- сикология

Предметом экологической токсикологии являются организмы и биологические системы надорганизменного уровня, подверженные техногенному загрязнению. Поэтому теоретической основой экотоксикологии служат фундаментальные закономерности функционирования и структуры природных систем популяционного и биоценотического ранга, активно разрабатываемые современной теоретической экологией. Важнейшее значение имеет общая концепция устойчивости и стабильности экологических систем.

По аналогии с экологией, действие присутствующих в окружающей среде химических веществ на живые организмы в рамках экотоксикологии можно рассматривать на трех уровнях (в трех разделах): аутэкотоксикология, демэкотоксикология, синэкотоксикология (Рис.1).

10. Родственные экотоксикологии междисциплинарные научные направления. Расширение и углубление понятия «экология» привело к появлению новых самостоятельных научных направлений. Эти направления соприкасаются друг с другом: имеют общую методологию, понятийный аппарат, объекты исследований, используют одни и те же научные результаты для решения собственных конкретных задач.

Экологическая химия изучает изменения химических веществ под воздействием факторов окружающей среды. Центральной задачей является изучение поведения антропогенных веществ: концентрация в окружающей среде, процессы разложения, превращения и накопления в организмах и окружающей среде. В сферу интересов попадают химические процессы в окружающей среде в связи с изменениями, вносимыми в них деятельностью человека (хозяйственной, военной и др.). Тесная связь экологической химии с экотоксикологией выражается в том, что экотоксикология пользуется достижениями экологической химии при рассмотрении поведения экотоксикантов в окружающей среде.

Предметом исследования химической экологии являются химические связи, организующие живые организмы в экосистемы. В отличие от экологической химии объектами исследования химической экологии являются не антропогенные, а природные вещества, посредством которых осуществляется взаимодействие между организмами. Эти вещества называются экомоны и аллелохимикалии.

Экологическую химию и химическую экологию объединяют термином — химия окружающей среды. Химия окружающей среды не ограничивается проблемами антропогенного воздействия на биосферу, а охватывает сведения о Земле как о реакционном пространстве, ее энергетическом балансе и эволюции, о структуре, свойствах и составе атмосферы, гидросферы и литосферы.