Het probleem van eutrofiëring (waterbloei) is wijdverbreid en ernstig, want volgens UNEP (United Nations Environment Programme) heeft ongeveer 30-40% van de meren en reservoirs over de hele wereld last van dit fenomeen. Daarnaast kan eutrofiëring zowel in zoet water als in zeewater voorkomen.
“Wat is er zo erg aan eutrofiëring?” – je vraagt. Helaas is de algenlaag die dergelijke reservoirs bedekt slechts het topje van de ijsberg, die een echte giftige ketel verbergt.
Je hoeft niet eens te vragen wie hiervoor verantwoordelijk is, want het antwoord is pijnlijk duidelijk: economische activiteit. Bronnen van vervuiling zijn onder meer gemeentelijk afvalwater met een hoog fosforgehalte (hallo aan wasmiddelfabrikanten die nog steeds fosfaten gebruiken) en landbouwafval: fosfaat- en stikstofmestwassingen, kuilvoer.
Hoe het probleem van eutrofiëring op te lossen?
En het lijkt erop dat het probleem eenvoudig is op te lossen: u kunt fosfaathoudende wasmiddelen verbieden en het gebruik van stikstof- en fosfaatmeststoffen beperken. Maar laten we eerst uitzoeken wat er gebeurt nadat een grote hoeveelheid fosfor en stikstof in een voorwaardelijk reservoir is gedumpt.
Actie 1 – Beroep
Het begint allemaal met een onbalans tussen elementen als fosfor (P), stikstof (N) en silicium (Si). Maar een sterke toename van het aandeel N/Si en P/Si (met name een toename van fosfor voegt brandstof toe aan het vuur) is niet de enige component die een trigger wordt voor de actieve reproductie van fytoplankton. Dit vereist ook een optimale temperatuur van 23-28C. Het is deze killercombinatie die alle voorwaarden schept voor de maximale groeisnelheid van algen.
Wat doen microscopisch kleine organismen die zich zeer actief voortplanten? Ze vormen onmiddellijk een vrij dichte laag op het wateroppervlak en nemen geleidelijk het hele mogelijke gebied in beslag.
De eerste slachtoffers van de bezetting zijn groene algen, waarvoor zonlicht essentieel is. Dode planten worden afgebroken door bacteriën die zuurstof verbruiken. Dus even later halen de gevolgen al vissen en andere aerobe organismen in, wanneer zich “dode zones” met een ultralage concentratie opgeloste zuurstof in het reservoir beginnen te vormen. Voeg daar ook de uitgaande biomassa van de algen zelf aan toe, en als resultaat verandert ons reservoir langzaam en zeker in een “benauwde begraafplaats”.
Actie 2 – Ondersteboven
Zo veranderen in een ecosysteem, naast een ongerechtvaardigde toename van de primaire productiviteit (biomassa, die wordt gecreëerd door microalgen), de relatieve abundantie van soorten, taxonomische samenstelling en ruimtelijke verdeling van primaire producenten in het aquatische ecosysteem.
Veranderingen in de samenstelling en locatie van hulpbronnen veranderen de verdeling en stroom van energie in het voedselweb. Hoe precies? In een normaal aquatisch ecosysteem wordt fytoplankton (microscopisch kleine algen en andere fotosynthetische organismen) gebruikt door zoöplankton (vislarven, watervlooien, weekdieren). Zoöplankton is voedsel voor grotere roofdieren (bijvoorbeeld vissen), en de afvalproducten van alle organismen worden gebruikt door decomposers (bacteriën). In het eutrificatiesysteem zijn de belangrijkste verbruikers bacteriën die dode planten, een deel van algen en vissen afbreken. Als gevolg hiervan verliezen organismen hun ecologische specialisatie.
Maar wat ons meer interesseert, is de impact van eutrofiëring op de menselijke gezondheid, dus laten we verder gaan.
Actie 3 – Giftige omgeving
In feite blijven alleen fytoplankton en anaërobe micro-organismen in het reservoir in leven. Typische vertegenwoordigers van fytoplankton zijn blauwgroene algen en vertegenwoordigers van andere taxonomische groepen die anderen geen kwaad doen. Maar in zo’n omgeving is ook plaats voor toxine-producerende organismen, die bij contact met een persoon schade kunnen aanrichten. Trouwens, het woord “contact” impliceert niet alleen baden in dergelijk water, maar ook het gebruik ervan.
Toxines die te vinden zijn in de open ruimten van geëutrofieerde reservoirs zijn onderverdeeld in verschillende groepen:
- Hepatotoxinen of cyclische peptiden (microcystines en nodularines);
- Alkaloïden (cylindrospermopsine, toxoid-a en toxoid-a(s), saxitoxine);
- Polyketiden (aplysiatoxinen);
- Aminozuren (-methylamino-L-alanine of VMAA).
Algentoxinen zoals azaspiracid, brevetoxine, ciguatoxine, domoïnezuur, dinofysistoxine, hemolytisch toxine, homoanatoxine, calotoxine, lingbiatoxine, maitotoxine, pectenotoxine, primnesine en dergelijke worden gewoonlijk niet in deze classificatie opgenomen.
Dit is het moment om erachter te komen hoe geëutrofeerde waterlichamen een persoon kunnen schaden of zelfs kunnen doden.
De schade van eutrofiëring
Microcystines en nodularines
De synthese van microcystines wordt waargenomen bij sommige soorten van het geslacht 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 en bij sommige soorten (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus). Nodularines worden gesynthetiseerd door Nodularia spumigena, dat veel voorkomt in zeewater.
Microcystines en nodularines worden soms hepatotoxinen genoemd omdat de lever het belangrijkste doelwit is voor deze groep verbindingen. Maar er zijn gevallen van ophoping van microcystine in de nieren, dikke darm, hersenen en andere organen, waarvan de cellen de organische aniontransporter OATP (Organic Anion Transporter) hebben.
Waarom worden ze niet geneutraliseerd in de maag of in de lever? Feit is dat deze eiwitverbindingen bestaan uit D-vormen van aminozuren (en L-vormen van aminozuren fungeren als liganden voor enzymen), dus ze zijn resistent tegen vertering.
Microcystines remmen eiwitfosfatase, waardoor celeiwitten fosforyleren – dit schept voorwaarden voor de vorming van tumoren. De situatie wordt verergerd door het feit dat het toxine de expressie van proto-oncogenen verhoogt (cfos, c-jun, c-mys, p53).
Bovendien activeren microcystines en nodularines c-Jun N-terminale kinase en andere enzymen die betrokken zijn bij oxidatieve stress van de cel. Dit is beladen met het optreden van interne bloedingen en in het geval van acute vergiftiging het optreden van hemorragische shock tegen deze achtergrond.
Omdat microcystines de bloed-hersenbarrière passeren, wordt een aantal ziekten die verband houden met het zenuwstelsel toegevoegd aan de lijst met pathologieën. Deze omvatten ontsteking van het zenuwweefsel, evenals een aantal neurodegeneratieve ziekten.
De betekenis van de dodelijke dosis voor de mens is nog niet vastgesteld, aangezien verschillende microcystines verschillende lipofiliciteits- en polariteitswaarden hebben. De gemiddelde dosis wordt echter geacht 5-10 mcg/kg lichaamsgewicht te zijn.
Maar gelukkig kunnen microcystines en nodularines worden geneutraliseerd. Ten eerste zijn deze verbindingen intracellulair en komen ze alleen in het milieu terecht als de cel beschadigd is. Ondanks dat ze vrij stabiel zijn in de extracellulaire omgeving en na 20 weken volledig vernietigd zijn, kan dit proces versneld worden door hoge temperatuur (40C) en kritische pH-waarden. De mogelijke manieren van vergiftiging met microcystines en nodularines zijn dus het gebruik van thermisch onbehandeld water en producten.
Anatoxines
Het meest voorkomende en tegelijkertijd gevaarlijke toxine dat door algen in zoet water wordt geproduceerd, is anatoxine-a. Het wordt gesynthetiseerd door vertegenwoordigers van de geslachten Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix, evenals enkele individuele soorten (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus ).
Anatoxine is een agonist van perifere en centrale acetylcholinereceptoren. Bij pre/postynaptische binding aan receptoren opent het natrium/kaliumkanalen, wat een depolarisatieblokkade veroorzaakt. Dus, nadat het in de bloedbaan is terechtgekomen, veroorzaakt het toxine verlies van spiercoördinatie, tremoren en convulsies, en de dood treedt op na perifere ademhalingsverlamming (de spieren die betrokken zijn bij de ademhaling werken niet meer).
U kunt vergiftigd raken door toxoïde bij het baden, het drinken van verontreinigd water en voedseladditieven. De dodelijke dosis is vanaf 20 mcg / g, waarvan de ontvangst binnen 1-2 minuten de dood veroorzaakt door ademhalingsverlamming. Daarom wordt toxoïde vaak de Very Fast Death Factor (VFDF) genoemd.
Hoe zit het met toxoid-a(s)? Het feit is dat deze verbinding, in tegenstelling tot toxoïde-a, onstabiel is in het milieu en daarom in de regel geen bedreiging vormt voor de mens.
Saxitoxinen
Saxitoxinen vormen enkele soorten van het geslacht Anabaena (A. circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria en de soort Plectonema wollei. Saxitoxinen worden ook gesynthetiseerd door dinoflagellaten (geslacht Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) en hopen zich op in weekdieren die in zee en zoet water leven.
Saxitoxinen zijn, in tegenstelling tot microcystines en nodularines, thermostabiel, maar kunnen van water worden gescheiden door sorptie op actieve kool of door ozonisatie van water.
Deze alkaloïde blokkeert de natriumgeleiding in axonen door zich te binden aan de poriën van natriumkanalen, waardoor de overdracht van zenuwimpulsen wordt voorkomen. Met andere woorden, het veroorzaakt verlamming. Hierdoor wordt saxitoxinevergiftiging “paralytische schelpdiervergiftiging” genoemd.
Een persoon kan gemakkelijk ongeveer 100 microgram saxitoxine consumeren (dit is ongeveer 50 microgram / l bij een dagelijkse inname van water in een volume van 2 liter). Heeft niet de neiging zich op te hopen in het lichaam.
Cylindrospermopsine
Cylindrospermopsine wordt gesynthetiseerd door soorten zoals Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum en Umezakia natans. Omdat de vermelde organismen kenmerkend zijn voor zoetwaterreservoirs, zal de locatie van het toxine niet moeilijk te raden zijn.
Dit toxine, vergelijkbaar met microcystines en nodularines, heeft een breed werkingsspectrum op het lichaam. Het belangrijkste doelwit van cylindrospermopsine is de lever, maar het heeft ook een negatief effect op de ogen, milt, longen, thymus, hart, nieren en dergelijke. Bovendien remt cylindrospermopsine de eiwitsynthese in cellen, veroorzaakt het DNA-fragmentatie in vitro en de vorming van oxidatieve stress in cellen tegen de achtergrond van remming van de synthese van glutathion (een krachtige endogene antioxidant).
De dodelijke dosis cylindrospermopsine is 6 mg/kg. Het lost op in water en is stabiel bij lage pH-waarden. Wanneer water wordt verwarmd tot 100 ° C, blijft het 15 minuten actief, dus de belangrijkste methode om dit toxine te neutraliseren, is een langdurige thermische behandeling van water en producten die mogelijk besmet kunnen zijn met cylindrospermopsine.
Aplisiatoxinen
Dit is een toxine van niet-eiwit aard, en het wordt geproduceerd door sommige soorten algen van de geslachten Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, Phormidium nigro-viride soorten, die karakteristieke bewoners van zeewater zijn.
Aplysiatoxine kan proteïnekinase C activeren, wat bijdraagt aan een verhoogde eiwitfosforylering. Dit draagt op zijn beurt bij aan het verder optreden van tumoren. Bovendien kan het bij contact met de huid het optreden van acute dermatitis veroorzaken, evenals ontsteking van de slijmvliezen als het toxine wordt ingenomen met voedsel of door inademing.
De dodelijke dosis aplysiatoxine is 0,3 mg/kg. Bij het koken is het onstabiel en stort het in. Maar het verwijderen van aplysiatoxine in water is niet de beste optie, omdat je op deze manier het risico loopt op vergiftiging met broomdampen.
VMAA-methylamino-L-alanine is een niet-eiwit aminozuur dat wordt gesynthetiseerd door de geslachten Nostoc, Synechococcus en Synechocystis, evenals door enkele individuele soorten (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) die in zee of zoet water leven. Dit aminozuur hoopt zich op in schaaldieren, sommige vissoorten en ook in het water zelf.
VMAA kan de ontwikkeling van amyotrofische laterale sclerose (de ziekte van Lou Gehrig), de ziekte van Parkinson en Alzheimer en andere neurodegeneratieve aandoeningen veroorzaken. Er wordt ook verondersteld dat het aminozuur de ubiquitinatie van eiwitten verhoogt, een belangrijk proces bij eiwitafbraak.
Neurotoxische effecten manifesteren zich wanneer een persoon VMAA consumeert in een hoeveelheid van ongeveer 4000 mg/kg lichaamsgewicht. Maar in het geval van dit toxine vormt chronische intoxicatie een groot gevaar.
Thermische behandeling van water of voedsel garandeert helaas niet de neutralisatie van α-methylamino-L-alanine, omdat deze verbinding zeer stabiel is bij hoge temperaturen en lage pH-waarden.
Overleven in het wild
Men kan eindeloos de werkingsmechanismen beschrijven van verschillende toxines die kunnen worden gevormd in geëutrofieerde wateren. Maar wat is hier het belangrijkste? Accepteer het feit dat verwaarloosde eutrofiëring tot trieste en soms tragische gevolgen kan leiden. Daarom is het in ons belang om er alles aan te doen om de negatieve impact van dit milieuprobleem te minimaliseren om de gezondheid en het leven te behouden.
Om uzelf en uw dierbaren te beschermen, moet u zich aan drie eenvoudige maar zeer belangrijke regels houden.
- Wees allereerst voorzichtig bij het kiezen van een verblijfplaats. Het is niet nodig om in geëutrofeerd water te zwemmen – je kunt al vergiftigd raken door het toxine in de vorm van een aerosol in te ademen.
- Ten tweede, wees voorzichtig bij het kiezen van zeevruchten (vooral als je een fan bent van schaaldieren) – het zijn deze organismen die het vaakst gifstoffen in zichzelf verzamelen, die soms gewoon onmogelijk thuis te verwijderen zijn.
- En ten derde, probeer geen water te drinken uit rivieren, meren, vijvers en andere watermassa’s. Zeker als je de eerste tekenen van eutrofiëring opmerkt (troebelheid van het water, een laagje algen op het oppervlak). Het is beter om drinkwater uit flessen te gebruiken, omdat zelfs langdurig koken van water niet effectief is voor sommige gifstoffen.
