التراكم الحيوي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

التراكم الحيوي هو التراكم التدريجي للمواد، مثل المبيدات الحشرية أو غيرها من المواد الكيميائية، في الكائن الحي. [ 1 ] يحدث التراكم الحيوي عندما يمتص الكائن الحي مادة ما بسرعة تفوق سرعة فقدانها أو التخلص منها عن طريق عمليات الهدم والإخراج . وبالتالي، كلما طال عمر النصف البيولوجي لمادة سامة ، زاد خطر التسمم المزمن ، حتى لو لم تكن مستويات السم في البيئة مرتفعة للغاية. [ 2 ]

علم السموم البيئية هو دراسة هذه التأثيرات.

يمكن التنبؤ بالتراكم الحيوي، كما هو الحال في الأسماك ، باستخدام النماذج. [ 3 ] [ 4 ] ولا تدعم البيانات فرضيات معايير القطع لحجم الجزيئات لاستخدامها كمؤشرات محتملة للتراكم الحيوي. [ 5 ] ويمكن للتحول الحيوي أن يُعدّل بشكل كبير التراكم الحيوي للمواد الكيميائية في الكائن الحي. [ 6 ]

ترتبط السمية الناتجة عن المعادن بالتراكم الحيوي والتضخم الحيوي . [ 7 ] يؤدي تخزين المعدن أو امتصاصه بمعدل أسرع من معدل استقلابه وإخراجه إلى تراكمه. [ 8 ] يمكن تحليل وتقييم وجود مختلف المواد الكيميائية والمواد الضارة في البيئة من خلال معرفة جيدة بالتراكم الحيوي، مما يساعد في التحكم في المواد الكيميائية واستخدامها. [ 9 ]

يمكن للكائن الحي امتصاص المواد الكيميائية عن طريق التنفس، أو عبر الجلد، أو البلع. [ 7 ] عندما يكون تركيز مادة كيميائية أعلى داخل الكائن الحي مقارنةً بمحيطه (الهواء أو الماء)، يُطلق على هذه الظاهرة اسم التركيز الحيوي . [ 1 ] التضخم الحيوي عملية أخرى مرتبطة بالتراكم الحيوي، حيث يزداد تركيز المادة الكيميائية أو المعدن كلما انتقل الكائن الحي من مستوى غذائي إلى آخر. [ 1 ] بطبيعة الحال، تُعد عملية التراكم الحيوي ضرورية لنمو الكائن الحي وتطوره؛ ومع ذلك، قد يحدث تراكم للمواد الضارة أيضًا. [ 7 ]

أمثلة

أمثلة أرضية

تُركّز بعض النباتات، التي تُعرف باسم النباتات فائقة التراكم، العناصر (أو أيوناتها). ويمكنها تركيز ما يصل إلى 1000 ضعف ما تُركّزه النباتات غير فائقة التراكم المجاورة لها. وقد حظي هذا الموضوع باهتمام كبير كوسيلة محتملة لإزالة المعادن الثقيلة من المناطق الملوثة، مثل المناجم المهجورة . كما نُظر في إمكانية استخدام النباتات فائقة التراكم لتركيز المعادن القيّمة - ما يُعرف بالتعدين النباتي . [ 10 ] ومن أخطر عواقب النباتات فائقة التراكم، تركيزها لمستويات منخفضة من السيلينيوم لدرجة تُهدد الحيوانات الرعوية. [ 11 ]

أمثلة مائية

تُراقَب الأسماك الساحلية (مثل سمكة الضفدع الملساء ) والطيور البحرية (مثل طائر البفن الأطلسي ) بشكل دوري للكشف عن تراكم المعادن الثقيلة فيها. يدخل ميثيل الزئبق إلى أنظمة المياه العذبة عبر الانبعاثات الصناعية وأمطار الأمطار. ومع ازدياد تركيزه في السلسلة الغذائية، قد يصل إلى مستويات خطيرة على كل من الأسماك والبشر الذين يعتمدون على الأسماك كمصدر غذائي. [ 12 ]

تُقيّم الأسماك عادةً من حيث التراكم الحيوي للمواد الكيميائية عند تعرضها لها في حالتها المائية. [ 13 ] تشمل أنواع الأسماك التي تُختبر عادةً الكارب الشائع ، وسمك السلمون المرقط ، وسمك الشمس الأزرق . [ 13 ] بشكل عام، تتعرض الأسماك للتركيز الحيوي والتراكم الحيوي للمواد الكيميائية العضوية في البيئة من خلال امتصاصها للمواد الكيميائية المنقولة بالماء عبر الطبقة الدهنية. [ 13 ] في حالات أخرى، تتعرض الأسماك لهذه المواد من خلال ابتلاع/هضم مواد أو كائنات حية في البيئة المائية تحتوي على مواد كيميائية ضارة. [ 13 ]

يمكن أن تتراكم السموم المنتجة طبيعيًا بيولوجيًا. قد تكون أسماك الشعاب المرجانية مسؤولة عن التسمم المعروف باسم التسمم السيغواتيري عندما تتراكم لديها سمية تُسمى السيغواتوكسين من العوالق النباتية التي تستهلكها. [ 14 ] في بعض الأنظمة المائية الغنية بالمغذيات، قد يحدث التخفيف البيولوجي . وهو انخفاض في تركيز الملوث مع ارتفاع المستوى الغذائي، نتيجة لزيادة تركيز الطحالب والبكتيريا التي تُخفف تركيز الملوث. [ 15 ] [ 16 ]

يمكن أن يؤدي تحمض الأراضي الرطبة إلى زيادة تركيزات المواد الكيميائية أو المعادن، مما يزيد من توافرها الحيوي في النباتات البحرية والكائنات الحية في المياه العذبة. [ 17 ] ويمكن أن تتأثر النباتات الموجودة هناك، بما في ذلك النباتات الجذرية والمغمورة، بتوافر المعادن الحيوي. [ 17 ]

دراسات السلاحف كأنواع نموذجية

يحدث التراكم الحيوي في السلاحف عندما تدخل الملوثات العضوية الاصطناعية (مثل مركبات PFAS )، أو المعادن الثقيلة، أو مستويات عالية من العناصر النزرة إلى جسم الكائن الحي، مما قد يؤثر على صحته. ورغم وجود دراسات جارية حول التراكم الحيوي في السلاحف، إلا أن عوامل مثل التلوث ، وتغير المناخ ، وتغير البيئة الطبيعية قد تؤثر على كميات هذه السموم في النظام البيئي. [ 18 ]

أكثر العناصر شيوعًا التي دُرست في السلاحف هي الزئبق والكادميوم والرصاص والسيلينيوم . [ 19 ] [ 20 ] تُطلق المعادن الثقيلة في الأنهار والجداول والبحيرات والمحيطات وغيرها من البيئات المائية ، وتمتصها النباتات التي تعيش في هذه البيئات. ونظرًا لارتفاع مستويات العناصر النزرة في النظم البيئية المائية، تستهلك السلاحف بشكل طبيعي عناصر نزرة متنوعة في مختلف البيئات المائية عن طريق تناول النباتات والرواسب. [ 21 ] وبمجرد دخول هذه المواد إلى مجرى الدم وأنسجة العضلات، يزداد تركيزها وتصبح سامة للسلاحف، مما قد يُسبب اضطرابات في التمثيل الغذائي والغدد الصماء والتكاثر. [ 22 ]

تُستخدم بعض السلاحف البحرية كحيوانات تجريبية لتحليل التراكم الحيوي نظرًا لوجودها على الشواطئ، مما يُسهّل جمع عينات الدم وغيرها من البيانات. [ 21 ] تتميز أنواع السلاحف بتنوعها الكبير ومساهمتها الفعّالة في التنوع البيولوجي، لذا يجد العديد من الباحثين أهمية بالغة في جمع البيانات من مختلف الأنواع. تُعدّ سلاحف المياه العذبة نموذجًا آخر لدراسة التراكم الحيوي. [ 23 ] ونظرًا لنطاقها المكاني المحدود نسبيًا، يمكن ربط سلاحف المياه العذبة بحوض تصريف معين وخصائصه الكيميائية الملوثة.

الآثار التنموية للسلاحف

قد تُلحق التركيزات السامة في بيض السلاحف ضرراً بعملية نموها. فعلى سبيل المثال، في سلحفاة المياه العذبة الأسترالية قصيرة العنق ( Emydura macquarii macquarii )، تراكمت تركيزات PFAS البيئية بيولوجياً في جسم الأم، ثم انتقلت إلى بيضها، مما أثر على عمليات الأيض أثناء النمو ومخزون الدهون. [ 24 ] علاوة على ذلك، توجد أدلة على أن PFAS أثرت على الميكروبيوم المعوي في السلاحف المعرضة لها. [ 25 ]

فيما يتعلق بالمستويات السامة للمعادن الثقيلة، لوحظ انخفاض معدلات فقس بيض سلحفاة نهر الأمازون، Podocnemis expansa . [ 22 ] في بيض هذه السلحفاة تحديدًا، تقلل المعادن الثقيلة من نسبة الدهون في البيض وتغير طريقة ترشيح الماء داخل الجنين؛ مما قد يؤثر على معدل بقاء بيضة السلحفاة. [ 22 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 ألكسندر (1999). "التراكم الحيوي، والتركيز الحيوي، والتضخيم الحيوي". الجيولوجيا البيئية . موسوعة علوم الأرض. ص 43-44 . doi : 10.1007/1-4020-4494-1_31 . ISBN  978-0-412-74050-3.
  2. ^ بريان، غيغاواط. فالديشوك، م.؛ بينتريث، آر جيه؛ داراكوت، آن (1979). "التراكم الحيوي للملوثات البحرية [ والمناقشة ] ". المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن. السلسلة ب، العلوم البيولوجية . 286 (1015): 483– 505. بيب كود : 1979RSPTB.286..504W . جستور 2418066 . 
  3. ↑ ستادنيكا، جوليتا؛ شيرمر، كريستين؛ أشاور، رومان (2012). "التنبؤ بتركيزات المواد الكيميائية العضوية في الأسماك باستخدام نماذج حركية السمية" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 46 (6): 3273-3280 . Bibcode : 2012EnST...46.3273S . doi : 10.1021/es2043728 . PMC 3308199. PMID 22324398 .  
  4. ↑ أوتيرو-موراس، إي.؛ فرانكو-أوريا، أ.؛ ألونسو، أ.أ.؛ بالسا-كانتو، إي. (2010). "النمذجة الديناميكية متعددة الحجرات للتراكم الحيوي للمعادن في الأسماك: آثار قابلية التحديد". نمذجة البرمجيات البيئية . 25 (3): 344-353 . Bibcode : 2010EnvMS..25..344O . doi : 10.1016/j.envsoft.2009.08.009 .
  5. ↑ أرنوت، جون أ.؛ أرنوت، ميشيل؛ ماكاي، دونالد؛ كويلارد، إيف؛ ماكدونالد، درو؛ بونيل، مارك؛ دويل، بات (2007). "معايير القطع لحجم الجزيئات لفحص إمكانية التراكم الحيوي: حقيقة أم خيال؟" . التقييم والإدارة البيئية المتكاملة . 6 (2009): 210-224 . doi : 10.1897/IEAM_2009-051.1 . PMID 19919169 . 
  6. ↑ أشاور، رومان؛ هينترمايستر، أنيتا؛ أوكونور، إيزابيل؛ إلوميلو، مالين؛ هولندر، جوليان؛ إيشر، بيات آي. (2012). "أهمية استقلاب المواد الغريبة في حركية التراكم الحيوي للمواد الكيميائية العضوية في جراد البحر Gammarus pulex" . العلوم والتكنولوجيا البيئية . 46 (6): 3498-3508 . Bibcode : 2012EnST...46.3498A . doi : 10.1021/ es204611h . PMC 3308200. PMID 22321051 .  
  7. 1 2 3 بلوز، د. و.؛ بتاك، س. ج.؛ جامبور، ج. ل.؛ وايزنر، س. ج. (1 يناير 2003)، "9.05 - الجيوكيمياء لتصريف المياه الحمضية من المناجم" ، في هولاند، هاينريش د.؛ توريكيان، كارل ك. (محرران)، موسوعة الجيوكيمياء ، أكسفورد: بيرغامون، ص 149-204 ، doi : 10.1016/b0-08-043751-6/09137-4 ، ISBN  978-0-08-043751-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 فبراير 2021
  8. ↑ غايون أ، سارتوري د، سكوديري أ، فاتوريني د (2014). "التراكم الحيوي والتحول الحيوي لمركبات الزرنيخ في نبات هيديست دايفرسيكولور (مولر 1776) بعد التعرض لرواسب ملوثة" . مجلة علوم البيئة وبحوث التلوث . 21 (9): 5952-5959 . Bibcode : 2014ESPR...21.5952G . doi : 10.1007/s11356-014-2538- z . PMID 24458939. S2CID 12568097 .  
  9. ↑ فيليب ويكسلر، محرر. (2014). موسوعة علم السموم ( الطبعة الثالثة). لندن. ISBN  978-1-78402-845-9. OCLC 878141491 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  10. ↑ دانغ، ب.؛ لي، س. (1 ديسمبر 2022). "مراجعة موجزة للتعدين النباتي" . المجلة الدولية لعلوم وتكنولوجيا البيئة . 19 (12): 12825-12838 . Bibcode : 2022JEST...1912825D . doi : 10.1007/s13762-021-03807-z . ISSN 1735-2630 . 
  11. ↑ تيري، ن.؛ زايد، أ.م.؛ دي سوزا، م.ب.؛ تارون، أ.س. (2000). "السيلينيوم في النباتات العليا". المراجعة السنوية لفسيولوجيا النبات والبيولوجيا الجزيئية للنبات . 51 : 401-432 . doi : 10.1146/annurev.arplant.51.1.401 . PMID 15012198 . 
  12. ↑ "الزئبق: تأثيره على البشر وما يجب على البشر فعله حيال ذلك" . منطقة البحيرات التجريبية التابعة للمعهد الدولي للتنمية المستدامة . 23 سبتمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يوليو 2020 .
  13. 1 2 3 4 آلان، هوك، روبرت. مراجعة لأساليب تقييم التراكم الحيوي الأرضي القائمة على المختبر للمواد الكيميائية العضوية: الوضع الحالي والإمكانيات المستقبلية . OCLC 942770368 . {{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  14. ↑ إستيفيز، بابلو؛ سيبات، مانويلا؛ ليون-مارتينز، خوسيه مانويل؛ ريس كوستا، بيدرو؛ غاغو-مارتينيز، آنا؛ هيس، فيليب (21 أبريل 2020). "الاستشراب السائل المقترن بقياس الطيف الكتلي عالي الدقة لتأكيد سم سيغواتوكسين-1 الكاريبي باعتباره السم الرئيسي المسؤول عن التسمم بسيغواتيرا الناجم عن الأسماك من سواحل المحيط الأطلسي الأوروبية" . السموم . 12 ( 4): 267. doi : 10.3390/toxins12040267 . ISSN 2072-6651 . PMC 7232264. PMID 32326183 .   
  15. ↑ داينز، بيتر؛ بوديلير، بول إل إي؛ إيلر، غوندولا (مايو 2007). "تدفق الكربون المشتق من الميثان عبر البكتيريا المؤكسدة للميثان إلى مستويات غذائية أعلى في الأنظمة المائية" . علم الأحياء الدقيقة البيئية . 9 (5): 1126-1134 . Bibcode : 2007EnvMi...9.1126D . doi : 10.1111/j.1462-2920.2006.01235.x . ISSN 1462-2912 . PMID 17472629 .  
  16. ↑ لين، هان يانغ؛ كوستيلو، مارك جون (7 سبتمبر 2023). "يزداد حجم الجسم والمستوى الغذائي مع خط العرض، وينخفضان في أعماق البحار والقارة القطبية الجنوبية، بالنسبة لأنواع الأسماك البحرية" . PeerJ . 11 e15880 . doi : 10.7717/peerj.15880 . ISSN 2167-8359 . PMC 10493087. PMID 37701825 .   
  17. 1 2 ألبرز، بيتر هـ.؛ كامارديز، مايكل ب. (1993). "تأثيرات التحمض على تراكم المعادن في النباتات المائية واللافقاريات. 1. الأراضي الرطبة المُصنَّعة" . علم السموم البيئية والكيمياء . 12 (6): 959-967 . Bibcode : 1993EnvTC..12..959A . doi : 10.1002/etc.5620120602 .
  18. ^ فرانكي كريستيان. ستودنجر، غابرييل؛ بيرغر، جورجيا؛ بوهلينج، ستيلا؛ بروكمان، أورسولا؛ كوهورس فريسنبورج، ديتر؛ يوهنكي ، أولريش (أكتوبر 1994). "تقييم التراكم الحيوي" . الغلاف الجوي . 29 (7): 1501– 1514. بيب كود : 1994Chmsp..29.1501F . دوى : 10.1016/0045-6535(94)90281-X .
  19. ↑ ستوريلي، م. م؛ ماركوتريجيانو، ج. أ (1 أبريل 2003). "مخلفات المعادن الثقيلة في أنسجة السلاحف البحرية" . نشرة التلوث البحري . 46 : 397-400 . doi : 10.1016/S0025-326X(02)00230-8 .
  20. ↑ عبد الله، مها أحمد محمد (17 مايو 2023). "التراكم الحيوي والتضخم الحيوي للمعادن السامة في أنسجة السلاحف البحرية ضخمة الرأس (Caretta caretta) من ساحل البحر الأبيض المتوسط، مصر" . التقارير العلمية . 13 (1): 7995. doi : 10.1038/s41598-023-33972-9 . ISSN 2045-2322 . PMC 10192338. PMID 37198257 .   
  21. 1 2 دياس دي فارياس، دانيال سولون؛ روسي، سيلمارا؛ دا كوستا بومفيم، ألين؛ ليما فراغوسو، آنا برناديت؛ سانتوس نيتو، إليتيري باتيستا؛ خوسيه دي ليما سيلفا، فلافيو؛ ليلسون بريتو، خوسيه؛ نافوني، خوليو أليخاندرو؛ جافيلان، سيموني ألميدا؛ سوزا دو أمارال، فيفيان (1 يوليو 2022). "التراكم الحيوي لإجمالي الزئبق والنحاس والكادميوم والفضة والسيلينيوم في السلاحف الخضراء (Chelonia mydas) الذين تقطعت بهم السبل على طول حوض بوتيغوار، شمال شرق البرازيل" . الغلاف الجوي . 299 134331. بيب كود : 2022Chmsp.29934331D . doi : 10.1016/ j.chemosphere.2022.134331 . ISSN 0045-6535 . PMID 35339524. S2CID 247638704 .   
  22. 1 2 3 فروسارد، ألكسندرا؛ كوبو، غابرييل كارفاليو؛ لورنسو، أماندا توليدو؛ هيرنجر، أوتافيو أرودا؛ تشيباري جوميز، أدريانا ريجينا (1 مايو 2021). "التراكم الحيوي للمعادن وتأثيراته السمية الوراثية على بيض وفراخ سلحفاة نهر الأمازون العملاقة (Podocnemis expansa)". علم السموم البيئية . 30 (4): 643– 657. بيب كود : 2021Ecotx..30..643F . دوى : 10.1007/s10646-021-02384-8 . ردمك 1573-3017 . بميد 33754232 . S2CID 232315423 .   
  23. ↑ بيل، ديفيد جيه؛ هيليير، كاتي؛ نيلسون، ساندرا؛ ليمبوس، دنكان؛ بوز، أوتپال؛ برودبنت، جيمس أ؛ فاردي، سوزان (1 فبراير 2022). "التراكم الحيوي والاستجابة الأيضية لخلائط PFAS في سلاحف المياه العذبة البرية (Emydura macquarii macquarii) باستخدام تقنيات المراقبة البيئية القائمة على علم الجينوم" . مجلة علوم البيئة الشاملة . 806 (الجزء 3) 151264. رمز Bibcode : 2022ScTEn.80651264B . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.151264 . ISSN 0048-9697 . PMID 34715216 .  
  24. ↑ بيل، ديفيد جيه؛ نيلسون، ساندرا؛ بوس، أوتال؛ بورن، نيكولاس؛ ستوكويل، سالي؛ برودبنت، جيمس أ؛ غونزاليس-أستوديلو، فيفيانا؛ براون، كريستوف؛ بادلي، بريندا؛ ليمبوس، دنكان؛ والش، توم؛ فاردي، سوزان (15 أبريل 2022). "التراكم الحيوي وتأثير إطلاق مركبات PFAS من الأمهات على الكيمياء الحيوية لبيض السلاحف المائية العذبة البرية (Emydura macquarii macquarii)" . مجلة علوم البيئة الشاملة . 817 153019. رمز Bibcode : 2022ScTEn.81753019B . doi : 10.1016/j.scitotenv.2022.153019 . ISSN 0048-9697 . PMID 35026273 .  
  25. ^ بيل ، ديفيد ج. بيسيت، أندرو؛ نيلسون، ساندرا؛ بوز، أوتبال؛ نيليس، جوست لوروس دينانت؛ نهار، أخيكون؛ سميث، ماثيو. غونزاليس أستوديلو، فيفيانا؛ براون، كريستوف. باديلي، بريندا. فاردي، سوزان (10 سبتمبر 2022). "اضطراب ميكروبيوم الأمعاء في سلاحف المياه العذبة التي يتم اصطيادها من البرية (Emydura macquarii macquarii) المعرضة لمستويات مرتفعة من PFAS" . علم البيئة الشاملة . 838 (جزء 3) 156324. بيب كود : 2022ScTEn.83856324B . دوى : 10.1016/j.scitotenv.2022.156324 . ISSN 0048-9697 . PMID 35654195 . S2CID 249213966 .