О.А. Барабанова, И.Н. Безкоровайная, Е.Б. Бухарова [и др.]
Экология: курс лекций
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2010. – 325 с.

Глава 2. Глобальные проблемы биосферы

Лекция 9. Загрязнение биосферы

9.3. Накопление загрязняющих веществ в пищевых цепях. Правило биологического усиления

Любое соединение, загрязняющее естественную среду, может быть поглощено живыми организмами. Таким путем оно включается в трофические сети экосистем, участвует в круговороте веществ, оказывая вредное воздействие на живые организмы.

Все живые существа (конечно, в разной степени) обладают способностью накапливать в своем организме любые вещества, биологически слабо или совершенно не разрушающиеся. Это обстоятельство порождает биологические явления, усложняющие процесс загрязнения каждой экосистемы. В самом деле, организмы, аккумулировавшие токсичные вещества, служат пищей другим животным, которые затем накопят их в своих тканях.

Таким образом, постепенно происходит заражение всей пищевой цепи экосистемы, начало которому положили первичные продуценты, «выкачивающие» загрязняющие вещества, рассеянные в биотопе. Накопление токсичных веществ в живых организмах увеличивается на каждом последующем трофическом уровне. Во всех случаях хищники, находящиеся в самом конце пищевой цепи, оказываются обладателями наиболее высокого уровня заражения.

Например, Миеттинен (цит. по Ф. Рамад, 1981) показал, что жители Лапландии получили дозы радиации (от ⁹⁰Sr и ¹³⁷Сs) в 55 раз большие, чем жители Хельсинки. Он рассмотрел движение этих радиоактивных элементов в следующей цепи:

Содержание радиоактивных стронция и цезия в лишайниках велико, что связано не только с физиологическими особенностями этих организмов, но и с природой почв тундры. Очень бедные питательными минеральными веществами почвы тундры быстро усваивают стронций и цезий, близкие по своим химическим свойствам к калию и кальцию. Концентрация стронция и цезия в лишайниках в несколько тысяч раз выше, чем в почвах тундры. Новое накопление радиоактивных веществ происходит в организме оленей, питающихся лишайниками, лапландцы же отравляются, питаясь мясом и молоком оленей. У травоядных концентрация радиоактивного цезия была в 3 раза выше, чем у лишайников, а в тканях лапландцев (плотоядные) его содержалось в 2 раза больше, чем в мясе оленя.

В 1953 г. в одной из рыбацких деревень, что стояла в бухте Минамата, вспыхнула эпидемия загадочного заболевания. Болезнь не была инфекционной, но поражала целые семьи. У жителей стали наблюдаться нервные расстройства: возбужденное состояние, раздражительность, неспособность сосредоточиться, депрессия, сужение поля зрения, потери слуха, речи, разума, нетвердая походка и т. д. Из 116 официально зарегистрированных случаев 43 имели летальный исход, а у выживших отмечались все вышеперечисленные синдромы. Однако японские врачи, исследовавшие историю этой эпидемии, оценили реальное число заболевших людей многими сотнями. В этой деревне даже домашние кошки отличались своеобразным поведением. Некоторые из них бросались в воду – поведение, не свойственное животному, известному своей водобоязнью. Болезнь назвали болезнью Минамата. Она дважды наблюдалась в Японии: в 1953 г. в бухте Минамата и в 1965 г. в районе Ниигаты.

Причиной заболевания стало – и это совершенно очевидно – наличие патогенного или токсичного элемента в пище жителей бухты и их домашних животных. Тщательная экспертиза, проведенная между 1956 и 1959 гг., показала, что источником болезни являлась рыба из бухты Минамата.

В 1962 г. в сточных водах завода в районе бухты была обнаружена метилртуть. В 1965 г. подобное заболевание в районе Ниигаты, расположенном далеко от Минаматы, также было вызвано метилртутью. На этот раз 5 человек из 30 тяжело заболевших погибли. Все они питались рыбой, выловленной в реке Агано, в которую попадали сточные воды завода «Шова Денко», синтезирующего ацетальдегид (метилртуть).

Сегодня совершенно очевидно, что единственной причиной «экологической болезни» Минамата является метилртуть. Появление первых симптомов этого заболевания отмечалось подчас через много лет после употребления в пищу рыбы и морских животных, зараженных этим веществом, а у детей, рожденных не болевшими женщинами из районов Минамата и Ниигата, обнаружены серьезные врожденные аномалии.

Рассмотренные явления иллюстрируют биологическое накопление (концентрирование) токсичных веществ в пищевых цепях. Накопление живыми организмами ряда химически неразрушающихся веществ (пестициды, радионуклиды и др.), ведущее к биологическому усилению их действия по мере прохождения в биологических циклах и по пищевым цепям, получило название «правило биологического усиления». В наземных экосистемах с переходом на каждый трофический уровень происходит, по крайней мере, 10-кратное увеличение концентрации токсичных веществ. В водных экосистемах накопление многих токсичных веществ коррелирует с массой жиров (липидов) в организме морских обитателей.