Эссе «Загрязнение морской среды»

Влияние микропластических частиц на

клетки и ткани голубых мидий

Из-за человеческой деятельности многие

морские экосистемы находятся под

угрозой. В частности, это касается

загрязнения морских вод. В своей статье

Duraisamyand Latha (2011) изучили

загрязнение морской среды и пришли к

выводу, что загрязнение снижает

эстетическую и внутреннюю ценность

морской среды, а также угрожает

выживанию морской флоры и

фауны. Кроме того, загрязнение

окружающей среды оказывает прямое

воздействие на здоровье человека,

поскольку люди часто едят

морепродукты из загрязненных

регионов. Такой антропогенный фактор,

как неправильное размещение

пластикового мусора, отравляет морскую

среду и убивает морскую фауну. В своих

исследованиях Tarzia et al. (2002)

исследовали проблему загрязнения почв

(включая загрязнение тяжелыми

металлами) в Неаполе. Хотя они

исследовали загрязнение почвы, их

заявления имеют отношение к теме этой

работы, поскольку она коррелирует с

глобальной проблемой, которая

заключается в воздействии отходов на

живые виды. Они утверждали, что

проблема антропогенного загрязнения

окружающей среды должна быть

поставлена и решена, поскольку она

может повлиять на оценку будущего

риска загрязнения и помочь

предотвратить антропогенные

катастрофы.

Однако данное исследование

высвечивает возможный вред и

последствия этой проблемы.

Формы загрязнения окружающей среды

Сегодня существует множество

различных загрязнителей морской

среды, которые можно разделить на

химические, физические и

бактериологические

загрязнители. Ученые уже много лет

исследуют антропогенные загрязнители

и их воздействие на окружающую среду

и человека. Weis (2014) утверждает, что

продукты промышленной,

сельскохозяйственной и химической

деятельности людей не являются

единственными источниками

загрязнения воды. В целом загрязнение

можно разделить на две основные

формы: природное загрязнение,

например разрушительное воздействие

цунами, и антропогенное загрязнение,

например неправильное удаление

отходов. Эти формы определяют

источник и первопричину определенного

вида загрязнения.

Естественное Загрязнение Окружающей

Среды

Естественное загрязнение-это

загрязнение, которое может произойти

без вмешательства

человека. Естественное загрязнение не

столь обширно и опасно, как

антропогенное, но оно также может

играть негативную роль в жизни морских

обитателей.Она включает грязь и другие

природные загрязнения, связанные со

стихийными бедствиями, которые могут

служить источником природных

загрязнений, таких как бактерии, вирусы

и другие патогенные

микроорганизмы. Они также включают

водоросли, лигнин, дрожжи и плесень,

которые могут вызвать эпидемический

рост опасных для здоровья заболеваний.

Антропогенное Загрязнение

Разнообразие антропогенных

загрязняющих веществ достаточно

велико, и для каждого региона

характерно преобладание того или иного

из них.

Фермер (2013) разделил антропогенное

загрязнение водной среды на следующие

группы:

 Различные пестициды и тяжелые

металлы, такие как свинец, кадмий, медь

и цинк, могут попадать из атмосферы в

воду.

 Мусор. Самым проблемным мусором

является неестественный пластик и его

главный представитель. Деррайк (2002)

исследовал загрязнение морской среды

пластиковым мусором. В своих

исследованиях он утверждал, что

взаимодействие пластиковых отходов с

морскими животными привело к их

гибели. Он объяснил, что обитатели моря

попадали в мусор или ели пластик,

содержащий полихлорированные

дифенилы, и это привело к вымиранию

некоторых видов.

 Тяжелые металлы. Растущее число

токсичных отходов, таких как ртуть,

которая в конечном счете оседает в

океане, угрожает океану и увеличивает

токсичность вод. Действие тяжелых

металлов особенно пагубно, поскольку

многие виды двустворчатых моллюсков

не могут выжить в условиях такого

загрязнения. Наиболее

распространенными тяжелыми

металлами, загрязняющими морскую

среду, являются мышьяк, кадмий, хром,

медь, свинец, ртуть, никель и цинк.

 К этой группе относятся

сельскохозяйственные пестициды

(хлорорганические и

фосфорорганические), а также некоторые

побочные продукты промышленности

(хлорорганические соединения).

 Нефть. Разлив нефти, вероятно, является

одним из наиболее ярких примеров

загрязнения морской среды. Из-за этого

многие виды умирают от кислородного

голодания или отравления. Кроме того,

когда масло попадает на перья птиц, оно

препятствует их полету.

 Канализация. Помимо загрязнения

сточных вод морскими водами, это

может привести к бактериальной

инфекции людей, которые пьют

родственную воду. Потоки смешивают

загрязнение с пресной водой, делая ее

непригодной для питья. Более того,

морские таксоны питаются и заселяются

там, и это может иметь для них

решающее значение. Морская среда

становится более загрязненной и

опасной для жизни, что приводит к

вымиранию видов в водах, которые не

созданы для производства жизни, а

скорее убивают ее.

 Тепловое загрязнение. Сброс

промышленных охлаждающих вод может

привести к повышению температуры

моря, что, в свою очередь, может

привести к вымиранию многих видов,

таких как моллюски, которые могут расти

медленнее в нагретых водах.

Вездесущие обломки, которые можно

найти на пляжах, показывают, что они

являются одновременно источником и

сигналом более широкого

распространения загрязнения морской

среды стойкими химическими

веществами, поскольку они погибают из-

за этого загрязнения (Elliott and Elliott,

2013). В своих исследованиях Эллиот и

Эллиотт (Elliott, 2013) исследовали

влияние загрязнения морской среды на

пищевую цепочку морских

обитателей. Они считали, что многие

компоненты загрязняющих веществ

гидрофобны и поглощаются пластиком,

который морские птицы часто

принимают за пищу. Если он их не

убивает, то, по крайней мере, сильно

отравляет (Elliott and Elliott, 2013). Как и

предыдущие авторы, Ивар ду Сул и Коста

(2014) исследовали загрязнение морской

среды, а именно загрязнение

микропластиками. Они утверждают, что

все живые организмы в морской среде

подвержены загрязнению

микропластиками, поскольку все они

связаны одной и той же пищевой цепью.

Следовательно, это исследование будет

способствовать дальнейшему изучению

проблемы загрязнения морской среды и

выявлению новых фактов, требующих

решения.

Пластмасса в океане

Пластмассы как загрязняющие вещества

Говоря о пластмассах как загрязнителях

океанов, следует обсудить их общую

природу. Пластмассы могут быть легко

переработаны морской водой,

солнечным светом и временем,

проходящими через многочисленные

химические процессы. Эти мелкие

кусочки вредны для морской

среды. Основным процессом является

разложение или деградация полимерных

материалов. Степени разложения

определяются методами полимерного

производства и химическим составом

сброшенного пластика. Обычно

разложение полимерных материалов

занимает длительный период, именно

поэтому такие резкие воздействия

производятся на морскую среду

(Andrady, 2011). Наибольший вред

наносится выделением бисфенола А,

который является основным

загрязнителем воды и основным

элементом пластикового мусора

(Andrady, 2011).

Таким образом, процессы разложения

полимеров делятся на следующие типы

(Andrady, 2011):

 Солнечные УФ-индуцированные

фотодекомпозиционные реакции

 Термические реакции, такие как

термоокисление

 Гидролиз полимерного материала

 Микробная биодеградация

Среди этих процессов одним из самых

сильных и распространенных является

солнечно-индуцированное

окислительное разложение (Andrady,

2011). Остальные процессы протекают

менее быстро и не дают значительного

эффекта. Тем не менее, медленная

термическая деградация обычно

происходит после солнечных УФ-

индуцированных процессов. Вне всякого

сомнения, персистенция других

процессов может наблюдаться при

различных условиях выветривания.

Формирование общих микропластиков

Прежде всего, пластик создается с

использованием бытовой пыли,

текстильной, шинной пыли, морской

лакокрасочной пыли и т. д. Пластик

обычно признается менее опасным, чем

токсичные отходы, если он не содержит

токсичных элементов (Bergmann, Gutow,

& Klages, 2015). Мусор выбрасывается на

берег, а приливы и отливы уносят

пластик в воду, поэтому микропластик

попадает в воду благодаря глобальному

природному процессу, а не

вмешательству человека в морскую

среду. Кроме того, общий микропластик

более устойчив к химическим реакциям,

вызванным контактом с водой. Их

влияние на общее состояние здоровья

некоторых морских видов может быть

идентифицировано, но эти эффекты не

представляют реальной угрозы для

морского биоразнообразия (Bergmann,

Gutow, & Klages, 2015). Становится все

более очевидным, что основную угрозу

представляет “переработанный”

микропластик, который создается после

дефрагментации более крупных

пластиковых обломков.

Формирование модели микропластика

Как уже упоминалось, модельный

микропластик образуется при

фрагментации или деградации более

крупных пластиковых

обломков. Модельный микропластик

подвергается таким процессам, как

фотоокисление, механическое истирание

и дополнительные химические процессы,

вызванные морской водой. Самые

мелкие и опасные обломки

микропластика появляются после

воздействия УФ-В-излучения,

вызывающего фотоокислительное

разложение (норвежское агентство по

окружающей среде, 2014). Однако

гидролиз или биодеградация являются

менее частыми способами образования

микропластиков. Опять же, заметность

химических процессов разложения

сильно зависит от выветривания и

материала пластика. Вне всякого

сомнения, микропластик сам по себе

оказывает большое вредное

воздействие, поскольку он контактирует

не только с морской водой, но и с

организмами многочисленных морских

видов (Norwegian Environment Agency,

2014). В связи с этим следует учитывать

природу модельного микропластика.

Исследование должно провести связь

между качествами микропластического

мусора и организмом голубой мидии.

Модель Микропластиковая

Происхождение микропластика

Модель микропластика возникает из

более крупных частиц пластика на

протяжении всего процесса

фрагментации. Как уже было сказано,

крупные пластиковые обломки

подвергаются многочисленным

химическим процессам, которые

разлагают полимерный материал. Таким

образом, регулярное воздействие

солнечного света и морской воды

создает благоприятные условия для

деградации пластика. Процессы

фрагментации принимают различную

степень, так что микропластик

приобретает различные формы (Lassen et

al., 2015).

Форма пластика

Современное состояние знаний не

располагает доказательствами четких

закономерностей разложения, поэтому

формирование микропластика не

привязано к конкретной теории. Такой

же зазор характерен и для

микропластических размеров, которые

могут варьироваться от пары микрон до

пяти миллиметров (Lassen et al.,

2015). Напротив, наиболее

распространенными цветами

микроволокон являются красный и

синий.

Источники микропластика

Химический состав микропластика

Наиболее распространенными

объектами, которые разлагаются на

микро - и макропластик, являются

бутылки, банки из-под газированных

напитков, сигаретные почки, остатки

шин, пустые упаковки различных

продуктов и т. д. Большая часть этого

мусора выбрасывается вдоль береговой

линии океанов (Lassen et al.,

2015). Пляжная зона также является

основным местом, где разлагаются

пластиковые частицы. Солнечный свет, а

также морская вода вызывают

химические реакции с такими

постоянными элементами полимерных

материалов, как бисфенол А. Это

химическое вещество относится к группе

бензгидрильных соединений (Lassen et

al., 2015). Это подразумевает тот факт,

что это химическое вещество включает в

себя углеродные радикалы, которые

легко сочетаются с солеными водами

(Lassen et al., 2015). Точно так же

воздействие солнечного света вызывает

разложение на молекулярном уровне,

что приводит к образованию новых

веществ, наносящих вред окружающей

среде. Вообще говоря, морская среда

“перерабатывает” отходы, и это

становится опасным для нее, поскольку

она превращает полимерные материалы

в более опасные вещества.

Влияние микропластика на общую

окружающую среду

Наиболее очевидными последствиями

являются загрязнение воды и

повышенная соленость. Кроме того,

пластиковая абсорбция приводит к

загрязнению не только воды, но и

природных паров. Таким образом,

микропластическая фрагментация

повышает чистоту воды. Следовательно,

природный пар, участвующий в

жизненном цикле воды, включает в себя

продукты микропластического

поглощения. Тем не менее основной

вред наносится морской среде,

поскольку морская вода распространяет

химические вещества на значительные

расстояния (Norwegian Environment

Agency, 2014). Масштабы вреда гораздо

шире, поскольку микропластические

частицы обычно появляются в больших

количествах в пределах определенной

области.

Принимая во внимание этот момент,

авторы исследования считают, что

микропластические частицы оказывают

крайне негативное воздействие на

различные виды животных, особенно на

их ткани и клетки (Norwegian Environment

Agency, 2014). Концептуальная основа

этого явления предполагает, что морские

виды контактируют с микропластичными

частицами на протяжении всего процесса

поглощения полимерных волокон

(Norwegian Environment Agency,

2014). Внутренние ткани, такие как

железы и пищеварительный тракт,

являются наиболее уязвимыми

мишенями для микропластического

загрязнения в силу своей природы

(Norwegian Environment Agency,

2014). Микропластика оказывает гораздо

более сильное воздействие в течение

длительных периодов времени, но даже

первые часы воздействия микропластика

могут свидетельствовать о наличии

аномалий у многих морских видов

(норвежское агентство по окружающей

среде, 2014). Таким образом, голубые

мидии были выбраны для исследования,

поскольку их реакция на воздействие

опасных материалов практически

мгновенна (норвежское агентство по

окружающей среде, 2014). Однако сам

модельный организм должен быть

описан.

Модельный Организм

Классификация организма

Таксомония голубой мидии в морской

среде в контексте настоящего

исследования должна начинаться с

утверждения, что голубые мидии

являются сидячими суспензионными

кормушками. Поэтому синие мидии

реагируют на любое воздействие

опасных материалов относительно

быстро по сравнению с другими

морскими видами. Их пищеварительная

железа немедленно реагирует на

заражение, поскольку является уязвимой

мишенью для воздействия

ксенобиотиков. Этот организм

называется Mytilus edulis. Эта группа

отличается асимметричным и

удлиненным панцирем темно-синего

цвета. Подкласс голубой мидии -

pteriomorphia. Хотя пресноводный

подкласс синей раковины существует, в

настоящем исследовании уделяется

внимание морским обитаемым видам,

поскольку они наиболее подвержены

загрязнению микропластичными

частицами.

Метаболизм организма

Голубые мидии - это питатели фильтров,

поэтому они могут поглощать отходы

жизнедеятельности. Другими словами,

переваривание пищи происходит внутри

организма, в то время как удаление

ненужных веществ может повредить эту

систему. Голубые мидии переваривают

пищу по всей пищеварительной железе и

преобразуют ее в тепловую энергию с

использованием стандартного

оксикалорического эквивалента -450 кДж

/ моль-1, в то время как это покрывает

потребность в определенных элементах,

включая потребление кислорода (Wang &

Widdows, 1993). Однако некоторые

исследователи предполагают, что синие

мидии развертывают основной аэробный

метаболизм, поскольку анаэробное

рассеивание тепла требует производства

гликолитического потока, что не

характерно для таких видов 1 (Wang &

Widdows, 1993). Во всяком случае,

пищеварительный механизм голубой

мидии включает в себя ткани

пищеварительных желез, которые

являются прямым путем для любых

загрязнений. Дальнейшее изменение

метаболизма очевидно при условии, что

голубая Мидия подвергалась

воздействию микропластических частиц.

Привычки организма

Основная привычка синих мидий может

быть описана как скопление на камнях,

которые омываются морской водой. Они

прикреплены к скалам с помощью

биссуса. Как следствие, большинство

синих мидий могут взаимодействовать с

микропластичными частицами. Из-за

солнечного света токсическое действие

микропластиков может стать еще хуже

из-за радиации. Кроме того,

размножение голубых мидий происходит

половым путем. Мужские особи

распространяют сперму в морской воде,

в то время как женские собирают сперму

с помощью специального сифона. Таким

образом, заражение самок мидий также

возможно в процессе размножения. Этот

аспект обычно не рассматривается, так

как молекулы спермы меньше, чем

микропластические волокна. Однако это

предположение требует независимого

расследования.

Среда обитания организма

Обычное место обитания голубых мидий-

низкие и средние приливные зоны,

особенно в умеренных

зонах. Следовательно, они неоднократно

наблюдаются в верхних слоях морской

воды, и солнечный свет может легко

вызвать отрицательный эффект

пластика. Эти два фактора определяют

быструю реакцию на загрязнение

пищеварительного тракта, особенно на

клеточном уровне. Среда обитания

голубых мидий не расположена близко к

участкам полимерной фрагментации, но

заселение поверхности морской воды

увеличивает риски воздействия

микропластичных частиц, которые

довольно быстро распространяются с

водой. В целом голубые мидии являются

одним из наиболее уязвимых морских

видов, поэтому основное внимание в

исследовании уделяется воздействию,

оказываемому на них. Однако

выдвижению определенных

предположений должны предшествовать

уже исследованные аспекты

исследуемой проблемы.

Связывание Прошлых Знаний

Большой объем литературы был

опубликован по теме воздействия

микропластических частиц на клетки и

ткани синих мидий. Однако одно из

наиболее значительных открытий

представлено Райтом, Томпсоном и

Галлоуэем (2013), поскольку они

доказывают в своей статье, что гибель

морских видов из-за загрязнения

микропластическими частицами уже

достигла популяционного уровня. Трудно

утверждать, что такие свидетельства

вызывают тревогу и полностью

доказывают вредное воздействие

микропластика на морскую

среду. Аналогичным образом, Lee et

al. (2013) утверждают, что размер, форма

и обилие микропластического мусора

влияют на эффекты, возникающие при

загрязнении морских организмов. Если

быть более точным, Lee et al. (2013)

утверждают, что микроволокна являются

наиболее опасными элементами,

поскольку они проникают в ткани и

клеточные уровни морских видов. Этот

вывод согласуется с предположением о

том, что микропластическое загрязнение

морской среды может привести к

вымиранию целых

популяций. Пластмасса разлагается в

течение определенного периода

времени, так что максимум морских

организмов может подвергнуться

загрязнению.

Еще одна проблема была отмечена

Фарреллом и Нельсоном (Farrell and

Nelson, 2013), которые утверждают в

своей статье, что микропластический

мусор транспортируется от организма к

организму в пищевой цепи. Это

предположение вполне актуально, так

как микропластичные частицы

проникают в ткани и клетки организмов,

которые становятся добычей морских

хищников. Как следствие, эти хищники

также страдают, потому что они

потребляют уже зараженные

организмы. Именно поэтому эту

проблему следует рассматривать с точки

зрения более широкого контекста,

поскольку голубые мидии не обитают в

полностью изолированной морской

среде. Таким образом, Oliveira et al.

(2013) проследили увеличение

содержания метаболитов пирена в желчи

рыб. Несмотря на то, что большинство

видов рыб не употребляют мидий в

пищу, их участие в общей пищевой цепи

морской среды очевидно. Именно

поэтому решение этой

исследовательской проблемы откроет

поле для новых, комплексных

исследований, поскольку проблема

микропластического загрязнения

является вопросом всей морской среды.

Эти выводы были частично

подтверждены исследованием Setala,

Fleming-Lehtinen и Lehtiniemi (2014). Их

статья выявила распространение

остатков микропластических волокон в

популяции фитопланктона, который

является ключевым источником пищи

для голубых мидий. Таким образом,

загрязнение пищевой цепи начинается с

ее мельчайших элементов. Более того,

голубые мидии подвержены

загрязнению с разных сторон, поэтому их

клеточная реакция на опасное

вмешательство относительно

быстра. Эми Люшер (2015) подтверждает

уже выявленную тенденцию, что

микропластические волокна являются

наиболее опасными, так как они

вторгаются на клеточный уровень синих

мидий. Кроме того, Эми Люшер (2015)

признает, что последствия для всей

морской пищевой сети все еще не

исследованы, в то время как основные

причины проблемы можно проследить

при изучении пищеварения загрязненных

мидий на клеточном уровне. Становится

все труднее игнорировать тот факт, что

представленные результаты позволяют

сформулировать концептуальное

понимание проблемы

исследования. Поэтому следует обсудить

ожидаемые эффекты

микропластического загрязнения.

Влияние пластики на экспрессию генов

Как мы все знаем, событие,

происходящее в любой из клеток

конкретного живого организма, зависит

от экспрессии генов. Этот процесс

включает в себя множество

специфических действий, которые

выполняются в клетке для того, чтобы

сформировать специфический белок,

который далее участвует в жизненном

цикле. Экспрессия гена начинается, когда

белок взаимодействует со

специфическим рецептором клетки,

который запускает специфический ответ

(gene Expression, 2007). Другие белки

запускают механизмы и сигналы,

которые вовлекают другие белки,

которые находятся внутри цитоплазмы,

чтобы взаимодействовать. В новой среде

новый белок претерпевает ряд

специфических событий и затем

взаимодействует с ДНК и

ядром. Транскрипция также требует

сложного набора взаимодействий и

других белков в качестве

поддержки. После этого процесса

производится комплементарный штамм

РНК (gene Expression, 2007). РНК

приходится сталкиваться со многими

изменениями, которые включают

удаление ненужных участков РНК,

которые не нужны для создания нужного

белка. После этого РНК извлекает из ядра

информацию, которая ранее была

закодирована в ДНК, а затем вовлекает в

трансляцию. Он взаимодействует с мРНК

и тРНК для создания цепи специфических

аминокислот, кодируемых предыдущими

циклами (gene Expression, 2007). Этот

продукт также изменяет конфигурацию,

которая также включает в себя

складывание. Конечным продуктом

становится новый 3D-образный новый

белок, который может продолжить

процесс с самого начала. Этот процесс

необходим для достижения правильной

экспрессии генов, но микропластика

может повредить этому процессу.

Исследование компании Environment And

Human Health, Inc. выявило негативное

влияние ранее упомянутого бисфенола

А( BPA) на экспрессию генов (Ehhi.org,

2016). Ученые обнаружили, что

существует два эффекта BPA на

эндокринную функцию. Один из них, БПА

действует как слабый эстроген и

связывается с соответствующим

рецептором (Ehhi.org, 2016). Это может

блокировать связывание других

эстрогенов и повредить функцию

эстрогена. В результате экспрессия генов

будет нарушена в долгосрочной

перспективе. Кроме того, он может

производить клеточную сигнализацию и

влиять на экспрессию генов таким же

образом (Ehhi.org, 2016). Кроме того, BPA

также может изменить структуру ДНК,

потому что он может добавить

метильные группы в ДНК и заставить

замолчать экспрессию BPA (Ehhi.org,

2016). Заглушенная экспрессия позже

будет по-разному реагировать на новые

связывания BPA и может принимать

низкие дозы BPA, что может иметь

решающее значение в долгосрочной

перспективе для морских видов. В

целом, он оказывает вредное

воздействие на экспрессию генов и, как

следствие, на РНК и кднк.

Для изучения этого влияния важно

использовать ПЦР в качестве источника

образца последовательности ДНК (PCR,

2007). Важно изучить эффект пластики и

найти любую мутацию, которая может

произойти в ДНК. Однако в этом

исследовании использовался qPCR,

который является ПЦР в реальном

времени. Эта опция позволила нам

отслеживать необходимую информацию

во время эксперимента по сравнению с

результатом "входа и выхода" обычной

ПЦР (Real time PCR, 2013). Этот метод

работает как с мРНК, так и с ДНК, в то

время как экстракция ДНК может быть

использована для непосредственного

применения qPCR, но мРНК должна

пройти обработку Днказой и обратную

транскрипцию к кднк и

последовательности ДНК (Real time PCR,

2013). Этот метод используется для

диагностики заболеваний и мутаций, что

было полезно для изучения

необходимого влияния микропластика

на экспрессию генов (Real time PCR,

2013). Мы также использовали SYBR

Green, который является ДНК-

связывающим красителем, чтобы

отслеживать состояние нашего

производства. Он основан на концепции,

что SYBR связывается с малой канавкой,

которая является dsDNA, так что мы

можем отслеживать ее флуоресценцию в

конце концов. Флуоресценция была

яркой только для дсднк.