Eutrofikasi – air berwarna sebagai akibat dari aktivitas manusia

Eutrofikasi – air berwarna sebagai akibat dari aktivitas manusia
Gambar: T.w. Van Urk | Dreamstime
Ratmir Belov
Journalist-writer

Masalah eutrofikasi (water bloom) meluas dan serius, karena menurut UNEP (United Nations Environment Programme) sekitar 30-40% danau dan waduk di seluruh dunia telah mengalami fenomena ini. Selain itu, eutrofikasi dapat terjadi baik di air tawar maupun di air laut.

“Apa yang buruk dari eutrofikasi?” – Anda bertanya. Sayangnya, lapisan alga yang menutupi reservoir seperti itu hanyalah puncak gunung es, yang menyembunyikan kuali beracun yang nyata.

Anda bahkan tidak perlu bertanya siapa yang harus disalahkan untuk ini, karena jawabannya sangat jelas – kegiatan ekonomi. Sumber polusi termasuk air limbah kota dengan kandungan fosfor tinggi (halo untuk produsen deterjen yang masih menggunakan fosfat) dan limbah pertanian: pencucian pupuk fosfat dan nitrogen, silase.

Bagaimana cara mengatasi masalah eutrofikasi?

Dan, tampaknya, masalahnya mudah dipecahkan – Anda dapat melarang deterjen yang mengandung fosfat dan membatasi penggunaan pupuk nitrogen dan fosfat. Tapi pertama-tama mari kita cari tahu apa yang terjadi setelah sejumlah besar fosfor dan nitrogen dibuang ke reservoir bersyarat.

Tindakan 1 – Pekerjaan

Semuanya dimulai dengan ketidakseimbangan antara unsur-unsur seperti fosfor (P), nitrogen (N) dan silikon (Si). Namun peningkatan tajam dalam proporsi N/Si dan P/Si (peningkatan fosfor terutama menambah bahan bakar api) bukan satu-satunya komponen yang menjadi pemicu reproduksi aktif fitoplankton. Ini juga membutuhkan suhu optimal 23-28C. Kombinasi pembunuh inilah yang menciptakan semua kondisi untuk tingkat pertumbuhan maksimum alga.

Gambar: Edita Meskoniene | Dreamstime

Apa yang dilakukan organisme mikroskopis yang bereproduksi dengan sangat aktif? Mereka segera membentuk lapisan yang agak padat di permukaan air, secara bertahap menempati seluruh area yang memungkinkan.

Korban pertama pendudukan adalah ganggang hijau, di mana sinar matahari sangat penting. Tanaman mati diurai oleh bakteri yang mengkonsumsi oksigen. Jadi, beberapa saat kemudian, konsekuensinya sudah menyusul ikan dan organisme aerobik lainnya, ketika “zona mati” dengan konsentrasi oksigen terlarut yang sangat rendah mulai terbentuk di reservoir. Tambahkan juga biomassa ganggang itu sendiri, dan, sebagai hasilnya, reservoir kami perlahan dan pasti berubah menjadi “tanah pemakaman yang pengap”.

Aksi 2 – Terbalik

Dengan demikian, dalam suatu ekosistem, selain peningkatan produktivitas primer (biomassa, yang dibuat oleh mikroalga) yang tidak dapat dibenarkan, kelimpahan relatif spesies, komposisi taksonomi, dan distribusi spasial produsen primer dalam ekosistem perairan berubah.

Deforestasi sebagai masalah lingkungan: konsekuensi dan solusi
Deforestasi sebagai masalah lingkungan: konsekuensi dan solusi

Perubahan komposisi dan lokasi sumber daya mengubah distribusi dan aliran energi dalam jaring-jaring makanan. Bagaimana sebenarnya? Dalam ekosistem perairan normal, fitoplankton (alga mikroskopis dan organisme fotosintesis lainnya) digunakan oleh zooplankton (larva ikan, daphnia, moluska). Zooplankton adalah makanan untuk predator yang lebih besar (misalnya, ikan), dan produk limbah dari semua organisme digunakan oleh pengurai (bakteri). Dalam sistem eutrifikasi, konsumen utama adalah bakteri yang menguraikan tanaman mati, bagian dari alga dan ikan. Akibatnya, organisme kehilangan spesialisasi ekologisnya.

Tetapi yang lebih menarik bagi kita adalah dampak eutrofikasi terhadap kesehatan manusia, jadi mari kita lanjutkan.

Tindakan 3 – Lingkungan Beracun

Faktanya, hanya fitoplankton dan mikroorganisme anaerobik yang tetap hidup di reservoir. Perwakilan khas fitoplankton adalah ganggang biru-hijau dan perwakilan dari kelompok taksonomi lain yang tidak membahayakan orang lain. Tetapi di lingkungan seperti itu juga ada tempat bagi organisme penghasil racun, yang jika bersentuhan dengan seseorang, dapat menyebabkan bahaya. Ngomong-ngomong, kata “kontak” menyiratkan tidak hanya mandi di air seperti itu, tetapi juga penggunaannya.

Racun yang dapat ditemukan di ruang terbuka reservoir eutrofikasi dibagi menjadi beberapa kelompok:

  • Hepatotoksin atau peptida siklik (mikrosistin dan nodularin);
  • Alkaloid (silindrospermopsin, toksoid-a dan toksoid-a, saxitoxin);
  • Poliketida (aplysiatoxins);
  • Asam amino (-methylamino-L-alanine atau VMAA).
Gambar: Jon Benito Iza | Dreamstime

Racun alga seperti azaspiracid, brevetoxin, ciguatoxin, domoic acid, dinophysistoxin, hemolytic toxin, homoanatoxin, calotoxin, lingbiatoxin, maitotoxin, pectenotoxin, primnesin, dan sejenisnya biasanya tidak termasuk dalam klasifikasi ini.

Sekaranglah saatnya untuk mengetahui dengan tepat bagaimana badan air yang mengalami eutrofikasi dapat membahayakan seseorang atau bahkan membunuh.

Bahaya eutrofikasi

Mikrosistin dan nodularin

Sintesis microcystins diamati pada beberapa spesies dari genus Anabaena (A. circinalis, A. flosa-quae, A. lemmermannii, A. millerii), Arthrospira (A. fusiformis), Microcystis (M. aeruginosa, M. botrys, M. ichthyoblabe, M. viridis, M. wesenbergii), Nostoc (N. inckia, N. rivulare, N. zetterstedtii), Oscillatoria, Planktothrix dan pada beberapa spesies (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus). Nodularin disintesis oleh Nodularia spumigena, yang umum di air laut.

Mikrosistin dan nodularin kadang-kadang disebut hepatotoksin karena hati adalah target utama kelompok senyawa ini. Tetapi ada kasus akumulasi microcystin di ginjal, usus besar, otak dan organ lain, yang sel-selnya memiliki pengangkut anion organik OATP (Organic Anion Transporter).

Efek rumah kaca: penyebab, konsekuensi, dampak pada iklim dan cara untuk memecahkan masalah
Efek rumah kaca: penyebab, konsekuensi, dampak pada iklim dan cara untuk memecahkan masalah

Mengapa mereka tidak dinetralkan di perut atau di hati? Faktanya adalah bahwa senyawa protein ini terdiri dari asam amino bentuk-D (dan asam amino bentuk-L bertindak sebagai ligan untuk enzim), sehingga mereka tahan terhadap pencernaan.

Microcystins menghambat protein fosfatase, akibatnya protein sel menjadi fosforilasi – ini menciptakan kondisi untuk pembentukan tumor. Situasi ini diperburuk oleh fakta bahwa toksin meningkatkan ekspresi proto-onkogen (cfos, c-jun, c-mys, p53).

Selain itu, mikrosistin dan nodularin mengaktifkan c-Jun N-terminal kinase dan enzim lain yang terlibat dalam stres oksidatif sel. Ini penuh dengan terjadinya pendarahan internal, dan dalam kasus keracunan akut, terjadinya syok hemoragik dengan latar belakang ini.

Karena microcystins melintasi penghalang darah-otak, sejumlah penyakit yang terkait dengan sistem saraf ditambahkan ke daftar patologi. Ini termasuk radang jaringan saraf, serta sejumlah penyakit neurodegeneratif.

Gambar: Joaquin Corbalan | Dreamstime

Pentingnya dosis mematikan bagi manusia belum ditentukan, karena mikrosistin yang berbeda memiliki nilai lipofilisitas dan polaritas yang berbeda. Namun, dosis rata-rata dianggap 5-10 mcg/kg berat badan.
Tapi, untungnya, microcystins dan nodularin bisa dinetralisir. Pertama, senyawa ini bersifat intraseluler dan hanya masuk ke lingkungan jika sel rusak. Terlepas dari kenyataan bahwa mereka cukup stabil di lingkungan ekstraseluler dan benar-benar hancur setelah 20 minggu, proses ini dapat dipercepat dengan suhu tinggi (40C) dan nilai pH kritis. Dengan demikian, kemungkinan cara keracunan dengan mikrosistin dan nodularin adalah penggunaan air dan produk yang tidak diolah secara termal.

Anatoksin

Toksin yang paling umum dan sekaligus berbahaya yang dihasilkan oleh alga di air tawar adalah anatoxin-a. Ini disintesis oleh perwakilan dari genera Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix, serta beberapa spesies individu (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus ).

Anatoxin adalah agonis reseptor asetilkolin perifer dan sentral. Ketika pra/pasca sinaptik mengikat reseptor, ia membuka saluran natrium/kalium, yang menyebabkan blokade depolarisasi. Jadi, setelah memasuki aliran darah, toksin menyebabkan hilangnya koordinasi otot, tremor dan kejang, dan kematian terjadi setelah kelumpuhan pernapasan perifer (otot-otot yang terlibat dalam pernapasan berhenti bekerja).

Petir bola adalah fenomena misterius
Petir bola adalah fenomena misterius

Anda bisa keracunan toksoid saat mandi, minum air yang terkontaminasi dan bahan tambahan makanan. Dosis mematikan adalah dari 20 mcg / g, penerimaan yang menyebabkan kematian akibat kelumpuhan pernapasan dalam 1-2 menit. Itulah mengapa toksoid sering disebut sebagai Very Fast Death Factor (VFDF).

Bagaimana dengan toksoid-a? Faktanya adalah bahwa senyawa ini, tidak seperti toksoid-a, tidak stabil di lingkungan, oleh karena itu, sebagai suatu peraturan, tidak menimbulkan ancaman bagi manusia.

Saxitoxins

Saxitoxins membentuk beberapa spesies dari genus Anabaena (A. circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria dan spesies Plectonema wollei. Saxitoxins juga disintesis oleh dinoflagellata (genus Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) dan terakumulasi dalam moluska yang hidup di laut dan air tawar.

Saxitoxins, tidak seperti microcystins dan nodularin, bersifat termostabil, tetapi dapat dipisahkan dari air dengan penyerapan pada karbon aktif atau dengan ozonisasi air.

Alkaloid ini memblokir konduksi natrium di akson dengan mengikat pori-pori saluran natrium, mencegah transmisi impuls saraf. Dengan kata lain, itu menyebabkan kelumpuhan. Karena itu, keracunan saxitoxin disebut “keracunan kerang paralitik.”

Seseorang dapat dengan mudah mengkonsumsi sekitar 100 mikrogram saxitoxin (ini sekitar 50 mikrogram / l dengan asupan air harian dalam volume 2 liter). Tidak cenderung menumpuk di dalam tubuh.

Cylindrospermopsin

Cylindrospermopsin disintesis oleh spesies seperti Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum dan Umezakia natans. Karena organisme yang terdaftar adalah karakteristik dari reservoir air tawar, lokasi toksin tidak akan sulit ditebak.

Gambar: T.w. Van Urk | Dreamstime

Toksin ini, mirip dengan microcystins dan nodularin, memiliki spektrum aksi yang luas pada tubuh. Target utama cylindrospermopsin adalah hati, tetapi juga berdampak negatif pada mata, limpa, paru-paru, timus, jantung, ginjal, dan sejenisnya. Selain itu, cylindrospermopsin menghambat sintesis protein dalam sel, menyebabkan fragmentasi DNA in vitro, dan pembentukan stres oksidatif dalam sel dengan latar belakang penghambatan sintesis glutathione (antioksidan endogen yang kuat).

Dosis mematikan cylindrospermopsin adalah 6 mg/kg. Ini larut dalam air dan stabil pada tingkat pH rendah. Ketika air dipanaskan hingga 100C, ia tetap aktif selama 15 menit, jadi metode utama untuk menetralkan toksin ini adalah perlakuan termal jangka panjang terhadap air dan produk yang berpotensi terinfeksi cylindrospermopsin.

Aplisiatoxins

Ini adalah racun yang bersifat non-protein, dan diproduksi oleh beberapa spesies ganggang dari genus Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, spesies Phormidium nigro-viride, yang merupakan penghuni khas perairan laut.

Aplysiatoxin mampu mengaktifkan protein kinase C, yang berkontribusi pada peningkatan fosforilasi protein. Ini, pada gilirannya, berkontribusi pada terjadinya tumor lebih lanjut. Selain itu, saat kontak dengan kulit, dapat memicu munculnya dermatitis akut, serta radang selaput lendir jika toksin tertelan dengan makanan atau terhirup.

Hidrogen hijau – sumber energi masa depan?
Hidrogen hijau – sumber energi masa depan?

Dosis mematikan aplisiatoxin adalah 0,3 mg/kg. Saat mendidih, itu tidak stabil dan runtuh. Tetapi membuang aplisiatoxin dalam air bukanlah pilihan terbaik, karena cara ini Anda berisiko keracunan dengan asap bromin.

VMAA-methylamino-L-alanine adalah asam amino non-protein yang disintesis oleh genus Nostoc, Synechococcus dan Synechocystis, serta beberapa spesies individu (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) yang hidup di laut atau air tawar. Asam amino ini terakumulasi dalam kerang, beberapa jenis ikan, serta di dalam air itu sendiri.

VMAA mampu memicu perkembangan amyotrophic lateral sclerosis (penyakit Lou Gehrig), Parkinson dan Alzheimer, dan gangguan neurodegeneratif lainnya. Juga dihipotesiskan bahwa asam amino meningkatkan ubiquitinasi protein, suatu proses utama dalam degradasi protein.

Efek neurotoksik dimanifestasikan ketika seseorang mengkonsumsi VMAA dalam jumlah sekitar 4000 mg/kg berat badan. Tetapi dalam kasus racun ini, keracunan kronislah yang menimbulkan bahaya besar.
Sayangnya, perlakuan termal air atau makanan tidak menjamin netralisasi -metilamino-L-alanin, karena senyawa ini sangat stabil pada suhu tinggi dan nilai pH rendah.

Bertahan hidup di alam liar

Seseorang tanpa henti dapat menggambarkan mekanisme aksi berbagai racun yang dapat terbentuk di badan air yang mengalami eutrofikasi. Tapi apa yang paling penting di sini? Terima kenyataan bahwa eutrofikasi yang diabaikan dapat menyebabkan konsekuensi yang menyedihkan dan terkadang tragis. Oleh karena itu, adalah kepentingan kita untuk melakukan segala cara untuk meminimalkan dampak negatif dari masalah lingkungan ini untuk menjaga kesehatan dan kehidupan.

Untuk melindungi diri sendiri dan orang yang Anda cintai, Anda harus mengikuti tiga aturan sederhana namun sangat penting.

  • Pertama-tama, berhati-hatilah saat memilih tempat menginap. Tidak perlu berenang di perairan eutrofikasi – Anda bisa keracunan bahkan hanya dengan menghirup racun dalam bentuk aerosol.
  • Kedua, berhati-hatilah saat memilih makanan laut (terutama jika Anda penggemar kerang) – organisme inilah yang paling sering mengakumulasi racun dalam dirinya sendiri, yang terkadang tidak mungkin dihilangkan di rumah.
  • Dan ketiga, cobalah untuk tidak meminum air dari sungai, danau, kolam, dan badan air lainnya. Terutama jika Anda melihat tanda-tanda pertama eutrofikasi (kekeruhan air, lapisan alga di permukaan). Lebih baik menggunakan air minum kemasan, karena merebus air dalam waktu lama pun tidak efektif untuk beberapa racun.
1
Isi Membagikan