Ekotoksikologija ili Onečišćenje okoliša svaka je kvantitativna i kvalitativna promjena fizikalnih, kemijskih i bioloških karakteristika osnovnih sastavnica okoliša (zrak, voda, tlo, hrana), što dovodi do narušavanja zakonitosti u ekosustavu, temeljenih na mehanizmima samoregulacije. Te promjene djeluju danas, ali i ubuduće, na pogoršanju zdravstvenih, gospodarstvenih i drugih uvjeta života.
Fiziologija proučava životne pojave i funkcioniranje stanica, tkiva, organa, organskih sustava i organizama u cjelini (16. st.). Ekologija se bavi odnosom između živih bića i okoliša (E. Haeckel). Ekofiziologija proučava djelovanje različitih ekoloških čimbenika na funkciju stanica, tkiva, organa, organskih sustava i organizama, te populacije organizama (npr. preživljavanje u ekstremnim uvjetima – to se postiglo mutacijama). Toksikologija proučava djelovanje otrova na žive organizme – bavi se većim dozama i njihovim neposrednim učinkom (škrge riba se unište – brža smrt → akutno trovanje).
Ekotoksikologija proučava direktni ili indirektni učinak ksenobiotika na ekosustav, na sve živuće organizme i njihovu organizaciju, odnos prema neživoj tvari, međusobne odnose i odnos prema čovjeku (J. M. Juany, 1979.). Kako se u nekom jezeru mijenja pH, tako se mijenja i sastav populacija i broj jedinki u tom jezeru. Termin ekotoksikologija uveo je 1969. R. Truhaut. To je interdisciplinarno područje toksikologije i ekofiziologije. Na prva oštećenja u okolišu ukazali su istraživači 1962. godine, nakon otkrića utjecaja DDT-a na okoliš (Carson u SAD-u, 50-tih i 60-tih godina).
Ksenobiotik je svaka tvar koju nalazimo unutar organizma, a da se obično ne proizvodi niti se očekuje da će unutar njega biti prisutna. To mogu biti i tvari prisutne u mnogo višim koncentracijama od uobičajenih. Točnije, lijekovi poput antibiotika su ksenobiotici u ljudi jer ih ljudsko tijelo ne proizvodi samo niti bi se moglo očekivati da će oni biti prisutni kao dio svakodnevne prehrane. Međutim, termin se u ekotoksikologiji koristi u kontekstu polutanata kao što su dioksini i poliklorirani bifenili, te njihovog učinka na živi svijet. Prirodni spojevi mogu također postati ksenobiotici ako nađu put unutar drugog organizma (npr. prirodni ljudski hormoni mogu dospjeti unutar organizma riba koje žive nizvodno od izljeva pročistača gradske kanalizacije).
Toksikant je otrovni ksenobiotik, a polutant tvar koja zagađuje. Polutanti mogu biti onečistači – neke kemijske, anorganske tvari, npr. DDT u vodi, kemikalije, fizikalni faktori (buka), teški metali (npr. olovo nakupljeno unutar organizma majke može se osloboditi laktacijom; teški metali se naročito nakupljaju u korijenu (hipokotil) cikle, mrkve i sl.), te zagađivači – organski materijal (npr. E. coli u vodi – fekalno zagađenje), biološki supstrati (štavljenje kože), krv, mikroorganizmi i sl.
Toksikologija se dijeli na kliničku toksikologiju (humana, veterinarska, farmaceutska – pronalaze adekvatne protuotrove koji brzo djeluju; homocidi – podskupina pesticida – ubijaju ljude), koja se bavi akutnim trovanjem ljudi ili životinja, toksikologiju u medicini rada (uvjeti na radnome mjestu – loša zaštita na radu: majke u tvornici olovnih akumulatora (→ laktacija → oslobađa se olovo u mlijeko); kemijska industrija (Saponia Osijek – detergenti – mijenjaju površinsku napetost); kemijska izrada pesticida i bojnih otrova (→ homocidi – ljudi umirali od raka jetre)), toksikologiju hrane (sanitarna inspekcija za konzerviranje; radioaktivni maslac iz Černobila – držan duboko smrznut 15 godina, pa pušten u prodaju; pesticidi – točno određena koncentracija i karenca → piše koliko mora proći od prskanja do korištenja, jer sunce i voda nakon određenog vremena pretvaraju toksični spoj u netoksični) i ekotoksikologiju (okolišna toksikologija; "domaći" proizvodi – više opterećeni otrovom (pesticidima); makromolekule ne mogu proći kroz crijeva – genetski modificirana hrana – gušterača ima DNAaze i RNAaze).
Uvod Ekotoksikologija se bavi malim (subtoksičnim) koncentracijama onečišćivača u okolišu, koje su prije smatrane nevažnima, tako da se radi o relativno mladoj znanosti. 60-tih godina 20. stoljeća u žitnicama Sjeverne Amerike ljudi su počeli obolijevati od tumora jetre, nakon čega se počelo povezivati uvjete okoliša i okolnosti s bolestima. Pokazalo se da je za to kriv DDT u malim, subakutnim dozama; posljedica – učestalija pojava tumora jetre.
Do tog vremena su se ignorirali neki okolišni otrovi i sl., te se sve većinom baziralo na medicinskoj toksikologiji. Npr. u žitnicama, na područjima intenzivnog uzgoja voća, povrća i sl. koriste se pesticidima, pa više nema insektivornih ptica. Kukac koji je otrovan pesticidom ne umire odmah, nego postane trom i ne bježi od ptica, zbog čega predstavlja vrlo opasnog prijenosnika otrova prema drugim karikama u hranidbenom lancu (ptice).
DDT je iskorijenio tuberkulozu i malariju jer se bacao u jezera i otud dalje širio, te uništio komarce. Osim toga, zahvaljujući DDT-u, povećala se i proizvodnja hrane.
Čovjek je zadnja karika u hranidbenom lancu, hrani se otrovanim biljkama, kao i životinjama koje unutar organizma nakupljaju otrove. Subtoksične doze se stalnim zbrojem nakupljaju i zbrajaju unutar organizma; u analizi i detekciji vrlo malenih doza nastaju veliki problemi.
Skupine polutanata 1. ANORGANSKI IONI → Cd, Pb, Zn, Mg, Hg itd.
olovo → u benzinu – atmosfera → danas u tlu → hrana kadmij → tamo gdje je i olovo → sekundarni onečistač uz olovo živa → prva ili druga generacija pesticida – Rusija i Kina – danas
2. ORGANSKI POLUTANTI
heksaklorcikloheksan (HCH) – derivat DDT-a (~DDD, DDE) => teško razgradivi fenoksi-herbicidi → 2,4-D; 2,4,5-D → defolijanti korišteni u Vijetnamu → vijetnamska bolest herbicidi su usmjereni protiv biljaka – toksični i za ljude
3. ORGANOMETALNI SPOJEVI → metilživa
zaljev Minamata, Japan, 1950. kruženje hranidbenim lancem utjecaj i na ljude – oštećenja živčanog sustava (to je bila tvornica plastičnih masa)
4. RADIOAKTIVNI IZOTOPI
alfa, beta i gama zračenje
5. PLINOVI
ozon, O3 – jaki oksidans CFC, NO, NOx, CO, CO2, SO2
Onečišćenje Ekološki čimbenici Ekološki čimbenici koji utječu na dinamičke promjene unutar populacije ili vrste u svojem okolišu obično se dijele u dvije skupine: abiotički i biotički. Abiotički čimbenici su geološki, geografski, hidrološki i klimatološki parametri. Biotop je okolišno uniformna regija karakterizirana određenim setom abiotičkih ekoloških čimbenika. Specifični abiotički čimbenici uključuju vodu, zrak, tlo (pH, salinitet, sadržaj fosfora i dušika, sposobnost zadržavanja vode), temperaturu, svjetlost, prirodne katastrofe. Biocenoza ili životna zajednica je skupina biljaka, životinja, mikroorganizama. Svaka populacija je rezultat razmnožavanja pripadnika iste vrste i kohabitacije u zadanom prostoru i vremenu. Biotički ekološki čimbenici utječu na vijabilnost biocenoze, a mogu biti intraspecijski i interspecijski.
Svaka vrsta ima svoju ekološku valenciju u odnosu na ekološke čimbenike, a njezine najvažnije točke su ekološki minimum, ekološki optimum i ekološki maksimum. Ekološki subminimum su ograničavajući čimbenici; ekološki supramaksimum dovodi do oštećenja struktura; ekološki čimbenik može biti i štetan i koristan – npr. NaCl je koristan u prehrani, ali u vrlo visokim koncentracijama štetan. To u farmakologiji vrijedi i za koncentraciju lijekova, a vrijedi i za pesticide. Philippus Theophrastus Aureolus Bombastus von Hohenheim, poznatiji kao Paracelsus, ponekad smatran i ocem toksikologije, poznat je po izjavi: "Alle Ding sind Gift, und nichts ohn Gift; allein die Dosis macht, daß ein Ding kein Gift ist", u prijevodu: "Sve su tvari otrov i ništa nije bez otrova; samo doza određuje da nešto ne bude otrovno". Npr. korištenje pesticida – prevelikom koncentracijom povećavamo otrovnost tog sredstva u biosferi.
Kod otrova manje koncentracije (subtoksične, subminimalne doze), te supramaksimalne doze pričinjavaju velike štete organizmu (ili okolišu).
Abiotički čimbenici Fizičko-kemijski: Hladnoća / toplina (vodozemci se mogu smrznuti – etilen-glikol → antifriz) Voda / vlaga (neke životinje nemaju mehanizme koji ih štite od isparavanja, pa su prisiljene živjeti u vodenom okolišu) Svjetlost / električna struja (=> tetanička kontrakcija mišića (trajna – grč)) Otrovi Zračenje Mehaničke povrede Geografski: Klimatski – tropska klima / arktička i antarktička klima / umjerena klima Nadmorska visina – zbog razine kisika (manje na većim visinama) Dubina mora, jezera i rijeka (hiperbarički čimbenici) => svakih 10 m dubine hidrostatski tlak raste za 1 atm; životinje koje žive u takvom okolišu imaju izjednačen tlak – ako ih se izvadi van (npr. s 5 atm na 1 atm), one se raspuknu. Socijalni: Materijalni položaj Psihički i radni uvjeti – nehigijenski uvjeti i neadekvatna prehrana => poremećaji u strukturi i funkcioniranju organizma
antifriz (etilen-glikol) → u vinarijama → drže vino vani u limenim posudama, pa dodaju etilen-glikol kako se ne bi smrznulo (vino gubi kvalitetu kad se smrzne) → bubrežne bolesti smrzavanje tkiva – alpinisti – amputacija → jer dolazi do odumiranja tkiva epifiza → djeluje na količinu svjetla (oči su indikatori količine svjetla) → bitno da se osunča koža → cirkadijski ritam; život u tami => depresija, ne dolazi do ovulacije niti spermatogeneze; zima → umorniji, depresija → premalo svjetla
Biotički čimbenici
Egzogeni: različiti uzročnici bolesti (virusi, bakterije, paraziti), odnos predator-plijen / grabežljivac-žrtva (npr. mungosi na Mljetu uvedeni zbog zmija – zmija sada više nema, pa napadaju domaće životinje) => prirodni odnos predator-plijen kontrolira veličinu populacije Endogeni: oštećenje organa, disfunkcije (nenormalna funkcija), prestanak funkcije, poremetnje u regulaciji
Glavni čimbenici onečišćenja okoliša
prirodni i antropogeni izvori i djelovanja
Prirodni
erupcije vulkana zemljotresi izvori plinova i vruće vode (toplice) izvori kemijski onečišćene vode (zakiseljene vode,...) udari meteora vjetrovi oborine buka
Antropogeni
u svakoj proizvodnji => bar 40% otpad
Tehnološka revolucija
mišićni rad čovjeka i životinje parni stroj (J. Watt 1769. godine) – revolucija u rudarstvu (crpljenje vode iz rudnika pumpom pokretanom parnim strojem) koja je dovela do I. industrijske revolucije motor s unutarnjim sagorijevanjem (C. F. Benz 1878. godine) – "Ottov motor" => lavina različitih strojeva pokretanih fosilnim gorivima
Sve to dovelo je do porasta potrošnje ruda i nafte. Danas godišnje trošimo oko 130.109 tona ruda, fosilnog goriva i građevinskog materijala; to je kompozicija vagona koja bi 15 puta obišla ekvator. Porast potrošnje je enorman – električne energije, atomske energije itd.
Demografska eksplozija
1850. godine – 1 262 000 000 ljudi 1950. godine – 2 521 000 000 ljudi 1990. godine – 5 263 000 000 ljudi 2000. godine – 6 070 000 000 ljudi 2008. godine (siječanj) – 6 641 000 000 ljudi 2050. godine (predviđanje) – 8 909 000 000 ljudi
Porast broja stanovnika:
veća proizvodnja hrane upotreba umjetnih gnojiva upotreba pesticida (od 1950-tih nadalje => znatno povećani urodi pšenice) prve tri stavke zajedno = zelena revolucija veća proizvodnja za ostale potrebe čovjeka, napredak tehnologije više otpada iz proizvodnje više otpada iz domaćinstva veća potrošnja vode (u Europi: 200 litara po glavi stanovnika dnevno) i kisika
problemi urbanih sredina → na 0,5% Zemljine površine živi 45% stanovništva
Razvoj prometa(~la)
parobrod (R. Fulton 1803.) parna lokomotiva (G. Stephenson 1829.) benzinski motor (1885.) dizelski motor (1892.) masovna proizvodnja automobila (H. Ford 1908.) => opterećenje stratosfere ispušnim plinovima – NO, NO2, CO, CO2, (CH3)x
Ostalo
primarno mjesto onečišćenja: voda, zrak, tlo, hrana kemijsko / fizikalno / biološko (mikroorganizmi, gljivice, toksini) podrijetlo – prirodno i antropogeno