ยูโทรฟิเคชั่น – สีน้ำที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์

ยูโทรฟิเคชั่น – สีน้ำที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์
รูปภาพ: T.w. Van Urk | Dreamstime
Ratmir Belov
Journalist-writer

ปัญหา ยูโทรฟิเคชัน (น้ำบาน) เป็นที่แพร่หลายและร้ายแรง เนื่องจากตามรายงานของ UNEP (โครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติ) ประมาณ 30-40% ของทะเลสาบและแหล่งกักเก็บน้ำทั่วโลกได้รับความเดือดร้อนจากปรากฏการณ์นี้ นอกจากนี้ ภาวะยูโทรฟิเคชันสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในน้ำจืดและในน้ำทะเล

“สิ่งที่เลวร้ายเกี่ยวกับ eutrophication?” – คุณถาม. น่าเสียดายที่ชั้นของสาหร่ายที่ปกคลุมแหล่งกักเก็บดังกล่าวเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของภูเขาน้ำแข็ง ซึ่งซ่อนหม้อน้ำพิษของจริงไว้

คุณไม่จำเป็นต้องถามว่าใครถูกตำหนิสำหรับเรื่องนี้ เพราะคำตอบนั้นชัดเจนอย่างเจ็บปวด – กิจกรรมทางเศรษฐกิจ แหล่งที่มาของมลพิษ ได้แก่ น้ำเสียในเขตเทศบาลที่มีปริมาณฟอสฟอรัสสูง (สวัสดีผู้ผลิตสารซักฟอกที่ยังคงใช้ฟอสเฟต) และของเสียทางการเกษตร เช่น การล้างปุ๋ยฟอสเฟตและไนโตรเจน ปุ๋ยหมัก

จะแก้ปัญหาภาวะยูโทรฟิเคชันได้อย่างไร

และดูเหมือนว่าปัญหาจะแก้ไขได้อย่างง่ายดาย คุณสามารถห้ามใช้ผงซักฟอกที่มีฟอสเฟตและจำกัดการใช้ปุ๋ยไนโตรเจนและฟอสเฟต แต่ก่อนอื่น เรามาคิดกันก่อนว่าจะเกิดอะไรขึ้นหลังจากฟอสฟอรัสและไนโตรเจนจำนวนมากถูกเทลงในอ่างเก็บน้ำแบบมีเงื่อนไข

ปฏิบัติการ 1 – อาชีพ

ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยความไม่สมดุลระหว่างธาตุต่างๆ เช่น ฟอสฟอรัส (P) ไนโตรเจน (N) และซิลิกอน (Si) แต่สัดส่วนของ N/Si และ P/Si ที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (การเพิ่มฟอสฟอรัสโดยเฉพาะอย่างยิ่งจะเพิ่มเชื้อเพลิงให้กับไฟ) ไม่ใช่ส่วนประกอบเดียวที่เป็นตัวกระตุ้นการสร้างแพลงก์ตอนพืชอย่างแข็งขัน นอกจากนี้ยังต้องการอุณหภูมิที่เหมาะสมที่ 23-28C การผสมผสานของนักฆ่าที่สร้างเงื่อนไขทั้งหมดสำหรับอัตราการเติบโตสูงสุดของสาหร่าย

รูปภาพ: Edita Meskoniene | Dreamstime

สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่ขยายพันธุ์ทำอะไรอย่างแข็งขัน? พวกมันก่อตัวเป็นชั้นที่ค่อนข้างหนาแน่นในทันทีบนผิวน้ำ ค่อยๆ ครอบครองพื้นที่ที่เป็นไปได้ทั้งหมด

เหยื่อรายแรกของการยึดครองคือสาหร่ายสีเขียวซึ่งแสงแดดมีความสำคัญ พืชที่ตายแล้วถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียที่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นในเวลาต่อมาเล็กน้อยผลที่ตามมาก็คือการจับปลาและสิ่งมีชีวิตแอโรบิกอื่น ๆ เมื่อ “เขตตาย” ที่มีออกซิเจนละลายความเข้มข้นต่ำเป็นพิเศษเริ่มก่อตัวในอ่างเก็บน้ำ เพิ่มมวลชีวภาพที่ส่งออกของสาหร่ายด้วย และด้วยเหตุนี้ อ่างเก็บน้ำของเราจึงค่อยๆ กลายเป็น “ดินที่ฝังศพ”

การกระทำ 2 – กลับหัว

ดังนั้น ในระบบนิเวศ นอกเหนือจากการเพิ่มผลผลิตขั้นต้นอย่างไม่ยุติธรรม (ชีวมวลซึ่งเกิดจากสาหร่ายขนาดเล็ก) ความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์ องค์ประกอบอนุกรมวิธาน และการกระจายเชิงพื้นที่ของผู้ผลิตหลักในการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศทางน้ำ

การตัดไม้ทำลายป่าเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อม: ผลที่ตามมาและแนวทางแก้ไข
การตัดไม้ทำลายป่าเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อม: ผลที่ตามมาและแนวทางแก้ไข

การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและที่ตั้งของทรัพยากรเปลี่ยนการกระจายและการไหลของพลังงานในใยอาหาร ว่าอย่างไร? ในระบบนิเวศทางน้ำปกติ แพลงก์ตอนพืช (สาหร่ายขนาดเล็กและสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงอื่นๆ) ถูกใช้โดยแพลงก์ตอนสัตว์ (ตัวอ่อนของปลา แดฟเนีย มอลลัซ) แพลงก์ตอนสัตว์เป็นอาหารสำหรับผู้ล่าที่มีขนาดใหญ่กว่า (เช่น ปลา) และของเสียจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดถูกใช้โดยตัวย่อยสลาย (แบคทีเรีย) ในระบบยูทริฟิเคชั่น ผู้บริโภคหลักคือแบคทีเรียที่ย่อยสลายพืชที่ตายแล้ว ส่วนหนึ่งของสาหร่ายและปลา เป็นผลให้สิ่งมีชีวิตสูญเสียความเชี่ยวชาญทางนิเวศวิทยาของพวกเขา

แต่สิ่งที่เราสนใจมากกว่าคือผลกระทบของยูโทรฟิเคชั่นต่อสุขภาพของมนุษย์ ดังนั้นไปต่อกัน

การกระทำ 3 – สิ่งแวดล้อมที่เป็นพิษ

ในความเป็นจริง มีเพียงแพลงก์ตอนพืชและจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนเท่านั้นที่ยังมีชีวิตอยู่ในอ่างเก็บน้ำ ตัวแทนทั่วไปของแพลงก์ตอนพืชคือสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินและตัวแทนของกลุ่มอนุกรมวิธานอื่น ๆ ที่ไม่เป็นอันตรายต่อผู้อื่น แต่ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ ยังมีสถานที่สำหรับสิ่งมีชีวิตที่ผลิตสารพิษ ซึ่งเมื่อสัมผัสกับบุคคล อาจก่อให้เกิดอันตรายได้ อย่างไรก็ตาม คำว่า “ติดต่อ” ไม่ได้หมายความถึงแค่การอาบน้ำเท่านั้น แต่ยังหมายความถึงการใช้งานด้วย

สารพิษที่พบในพื้นที่เปิดโล่งของอ่างเก็บน้ำยูโทรฟิเคต แบ่งออกเป็นหลายกลุ่ม ดังนี้

  • ตับหรือไซคลิกเปปไทด์ (ไมโครซิสตินและก้อนกลม);
  • อัลคาลอยด์ (cylindrospermopsin, toxoid-a และ toxoid-a(s), แซกซิทอกซิน);
  • โพลีคีไทด์ (aplysiatoxins);
  • กรดอะมิโน (-methylamino-L-alanine หรือ VMAA)
รูปภาพ: Jon Benito Iza | Dreamstime

สารพิษจากสาหร่าย เช่น azaspiracid, brevetoxin, ciguatoxin, domoic acid, dinophysistoxin, hemolytic toxin, homoanatoxin, calotoxin, lingbiatoxin, maitotoxin, pectenotoxin, primnesin และสิ่งที่คล้ายคลึงกันมักจะไม่รวมอยู่ในการจำแนกประเภทนี้

ถึงเวลาแล้วที่จะค้นหาว่าแหล่งน้ำที่มียูโทรฟิเคชันสามารถทำร้ายคนหรือแม้แต่ฆ่าได้อย่างไร

อันตรายจากภาวะยูโทรฟิเคชัน

ไมโครซิสตินและก้อนกลม

การสังเคราะห์ไมโครซิสตินพบได้ในสกุล Anabaena บางชนิด (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 และในบางชนิด (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus) Nodularins ถูกสังเคราะห์โดย Nodularia spumigena ซึ่งพบได้ทั่วไปในน้ำทะเล

microcystins และ nodularins บางครั้งเรียกว่า hepatotoxins เนื่องจากตับเป็นเป้าหมายหลักสำหรับสารประกอบกลุ่มนี้ แต่มีบางกรณีของการสะสมของไมโครซิสตินในไต ลำไส้ใหญ่ สมอง และอวัยวะอื่น ๆ ซึ่งเซลล์ที่มีสารขนส่งประจุลบอินทรีย์ OATP (Organic Anion Transporter)

ผลกระทบของเรือนกระจก: สาเหตุ ผลที่ตามมา ผลกระทบต่อสภาพอากาศและแนวทางในการแก้ปัญหา
ผลกระทบของเรือนกระจก: สาเหตุ ผลที่ตามมา ผลกระทบต่อสภาพอากาศและแนวทางในการแก้ปัญหา

ทำไมจึงไม่ทำให้เป็นกลางในกระเพาะอาหารหรือในตับ? ความจริงก็คือสารประกอบโปรตีนเหล่านี้ประกอบด้วยกรดอะมิโนรูปแบบ D (และกรดอะมิโนรูปแบบ L ทำหน้าที่เป็นลิแกนด์สำหรับเอนไซม์) ดังนั้นจึงทนทานต่อการย่อยอาหาร

ไมโครซิสตินยับยั้งโปรตีนฟอสฟาเตสซึ่งเป็นผลมาจากโปรตีนในเซลล์กลายเป็นฟอสโฟรีเลต – สิ่งนี้สร้างเงื่อนไขสำหรับการก่อตัวของเนื้องอก สถานการณ์แย่ลงโดยข้อเท็จจริงที่ว่าสารพิษเพิ่มการแสดงออกของโปรโต-ออนโคยีน (cfos, c-jun, c-mys, p53)

นอกจากนี้ microcystins และ nodularins ยังกระตุ้นไคเนสของ c-Jun N-terminal และเอนไซม์อื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับความเครียดออกซิเดชันของเซลล์ สิ่งนี้เต็มไปด้วยการเกิดเลือดออกภายใน และในกรณีของพิษเฉียบพลัน การเกิดภาวะตกเลือดในพื้นหลังนี้

เนื่องจากไมโครซิสตินข้ามอุปสรรคเลือดและสมอง โรคต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทจึงถูกเพิ่มเข้าไปในรายการโรค ซึ่งรวมถึงการอักเสบของเนื้อเยื่อประสาท เช่นเดียวกับโรคทางระบบประสาทจำนวนหนึ่ง

รูปภาพ: Joaquin Corbalan | Dreamstime

ความสำคัญของขนาดยาที่ทำให้ถึงตายสำหรับมนุษย์ยังไม่ได้รับการกำหนด เนื่องจากไมโครซิสตินที่แตกต่างกันมีค่า lipophilicity และขั้วที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ขนาดยาเฉลี่ยจะอยู่ที่ 5-10 ไมโครกรัม/กก. ของน้ำหนักตัว
แต่โชคดีที่ไมโครซิสตินและก้อนกลมสามารถถูกทำให้เป็นกลางได้ อย่างแรก สารประกอบเหล่านี้อยู่ในเซลล์และจะเข้าสู่สิ่งแวดล้อมก็ต่อเมื่อเซลล์ได้รับความเสียหาย แม้ว่าจะค่อนข้างเสถียรในสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์และจะถูกทำลายอย่างสมบูรณ์หลังจาก 20 สัปดาห์ กระบวนการนี้สามารถเร่งความเร็วได้ด้วยอุณหภูมิสูง (40C) และค่า pH ที่สำคัญ ดังนั้นวิธีที่เป็นไปได้ในการเป็นพิษด้วยไมโครซิสตินและก้อนกลมคือการใช้น้ำและผลิตภัณฑ์ที่ไม่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน

อนาทอกซิน

สารพิษที่เป็นอันตรายที่พบมากที่สุดและในเวลาเดียวกันที่ผลิตโดยสาหร่ายในน้ำจืดคือ anatoxin-a มันถูกสังเคราะห์โดยตัวแทนของจำพวก Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix เช่นเดียวกับบางชนิด (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechocc ).

Anatoxin เป็นตัวเอกของตัวรับ acetylcholine ส่วนกลางและส่วนกลาง เมื่อพรี/โพสซินแนปติกจับกับตัวรับ จะเปิดช่องโซเดียม/โพแทสเซียม ซึ่งทำให้เกิดการกีดขวางการสลับขั้ว ดังนั้นหลังจากเข้าสู่กระแสเลือด สารพิษจะทำให้สูญเสียการประสานงานของกล้ามเนื้อ การสั่นและการชัก และความตายเกิดขึ้นหลังจากอัมพาตทางเดินหายใจส่วนปลาย (กล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับการหายใจหยุดทำงาน)

บอลสายฟ้าเป็นปรากฏการณ์ลึกลับ
บอลสายฟ้าเป็นปรากฏการณ์ลึกลับ

คุณสามารถได้รับพิษจากสารพิษเมื่ออาบน้ำ ดื่มน้ำที่ปนเปื้อนและวัตถุเจือปนอาหาร ปริมาณที่ร้ายแรงอยู่ที่ 20 mcg / g ซึ่งการได้รับจะทำให้เสียชีวิตจากอัมพาตทางเดินหายใจใน 1-2 นาที นั่นคือเหตุผลที่ toxoid มักถูกเรียกว่า Very Fast Death Factor (VFDF)

แล้ว toxoid-a ล่ะ? ความจริงก็คือว่าสารประกอบนี้ไม่เสถียรในสิ่งแวดล้อมซึ่งแตกต่างจาก toxoid-a ดังนั้นตามกฎแล้วจะไม่เป็นภัยคุกคามต่อมนุษย์

แซกซิทอกซิน

แซกซิทอกซินเกิดในสกุล Anabaena (A. circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria และสายพันธุ์ Plectonema wollei แซกซิทอกซินยังสังเคราะห์โดยไดโนแฟลเจลเลต (สกุล Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) และสะสมในหอยที่อาศัยอยู่ในทะเลและน้ำจืด

แซกซิทอกซินไม่เหมือนกับไมโครซิสตินและก้อนกลม ทนความร้อนได้ แต่สามารถแยกออกจากน้ำได้โดยการดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์หรือโดยโอโซนของน้ำ

อัลคาลอยด์นี้ขัดขวางการนำโซเดียมในซอนโดยจับกับรูพรุนของช่องโซเดียม ป้องกันการส่งผ่านของแรงกระตุ้นของเส้นประสาท กล่าวอีกนัยหนึ่งก็ทำให้เกิดอัมพาต ด้วยเหตุนี้พิษของแซกซิทอกซินจึงเรียกว่า “พิษจากหอยอัมพาต”

บุคคลสามารถบริโภคแซกซิทอกซินประมาณ 100 ไมโครกรัมได้อย่างง่ายดาย (นี่คือประมาณ 50 ไมโครกรัม / ลิตรโดยดื่มน้ำทุกวันในปริมาณ 2 ลิตร) ไม่มีแนวโน้มที่จะสะสมในร่างกาย

ไซลินโดรสเปิร์มพซิน

Cylindrospermopsin ถูกสังเคราะห์โดยสปีชีส์ เช่น Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum และ Umezakia natans เนื่องจากสิ่งมีชีวิตที่ระบุไว้เป็นลักษณะของแหล่งน้ำจืด ตำแหน่งของสารพิษจึงเดาได้ไม่ยาก

รูปภาพ: T.w. Van Urk | Dreamstime

สารพิษนี้คล้ายกับไมโครซิสตินและก้อนกลม ออกฤทธิ์ได้หลากหลายในร่างกาย เป้าหมายหลักของ cylindrospermopsin คือตับ แต่ยังส่งผลเสียต่อดวงตา ม้าม ปอด ต่อมไทมัส หัวใจ ไต และอื่นๆ นอกจากนี้ cylindrospermopsin ยังยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ ทำให้เกิดการกระจายตัวของ DNA ในหลอดทดลอง และการก่อตัวของความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันในเซลล์ โดยขัดกับพื้นหลังของการยับยั้งการสังเคราะห์กลูตาไธโอน

ขนาดยาที่ทำให้ถึงตายของไซลินโดรสเปิร์มซินคือ 6 มก./กก. ละลายในน้ำและมีความเสถียรที่ระดับ pH ต่ำ เมื่อน้ำร้อนถึง 100 องศาเซลเซียส น้ำจะยังคงทำงานเป็นเวลา 15 นาที ดังนั้นวิธีการหลักในการทำให้สารพิษนี้เป็นกลางคือการบำบัดน้ำด้วยความร้อนในระยะยาวและผลิตภัณฑ์ที่อาจติดเชื้อ cylindrospermopsin

สารพลิเซียท็อกซิน

นี่เป็นสารพิษที่มีลักษณะไม่ใช่โปรตีน และผลิตโดยสาหร่ายบางชนิดในสกุล Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, Phormidium nigro-viride species ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของน่านน้ำทะเล

Aplysiatoxin สามารถกระตุ้นโปรตีนไคเนส C ซึ่งมีส่วนช่วยในการเพิ่มโปรตีนฟอสโฟรีเลชั่น ในทางกลับกันนี้ก่อให้เกิดเนื้องอกต่อไป นอกจากนี้ เมื่อสัมผัสกับผิวหนัง อาจกระตุ้นให้เกิดโรคผิวหนังเฉียบพลันได้ เช่นเดียวกับการอักเสบของเยื่อเมือก หากกลืนสารพิษเข้าไปพร้อมกับอาหารหรือโดยการหายใจ

ไฮโดรเจนสีเขียว – แหล่งพลังงานแห่งอนาคต?
ไฮโดรเจนสีเขียว – แหล่งพลังงานแห่งอนาคต?

ปริมาณอะพลิเซียท็อกซินที่ทำให้ถึงตายคือ 0.3 มก./กก. เมื่อเดือดจะไม่เสถียรและยุบตัว แต่การกำจัด aplysiatoxin ในน้ำไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุด เพราะวิธีนี้จะทำให้คุณเสี่ยงต่อการเป็นพิษจากควันโบรมีน

VMAA-methylamino-L-alanine เป็นกรดอะมิโนที่ไม่ใช่โปรตีนที่สังเคราะห์โดยจำพวก Nostoc, Synechococcus และ Synechocystis รวมถึงบางชนิด (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) ที่อาศัยอยู่ในทะเลหรือน้ำจืด กรดอะมิโนนี้สะสมอยู่ในหอย ปลาบางชนิด รวมทั้งในน้ำด้วย

VMAA สามารถกระตุ้นการพัฒนาของเส้นโลหิตตีบด้านข้าง amyotrophic (โรคของ Lou Gehrig), พาร์กินสันและอัลไซเมอร์และความผิดปกติทางระบบประสาทอื่น ๆ มีการตั้งสมมติฐานด้วยว่ากรดอะมิโนช่วยเพิ่มการแพร่หลายของโปรตีน ซึ่งเป็นกระบวนการสำคัญในการย่อยสลายโปรตีน

ผลกระทบต่อระบบประสาทเกิดขึ้นเมื่อบุคคลบริโภค VMAA ในปริมาณประมาณ 4000 มก./กก. ของน้ำหนักตัว แต่ในกรณีของสารพิษนี้ เป็นภาวะมึนเมาเรื้อรังที่ก่อให้เกิดอันตรายอย่างใหญ่หลวง
น่าเสียดายที่การบำบัดน้ำหรืออาหารด้วยความร้อนไม่ได้รับประกันการวางตัวเป็นกลางของ α-methylamino-L-alanine เนื่องจากสารประกอบนี้มีความเสถียรสูงที่อุณหภูมิสูงและค่า pH ต่ำ

เอาตัวรอดในป่า

เราสามารถอธิบายกลไกการออกฤทธิ์ของสารพิษต่างๆ ที่ก่อตัวขึ้นในแหล่งน้ำยูโทรฟิเคตได้อย่างไม่รู้จบ แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดที่นี่คืออะไร? ยอมรับความจริงที่ว่าภาวะยูโทรฟิเคชั่นที่ถูกละเลยอาจนำไปสู่ผลที่น่าเศร้าและน่าเศร้าในบางครั้ง ดังนั้นจึงอยู่ในความสนใจของเราที่จะทำทุกอย่างเพื่อลดผลกระทบด้านลบของปัญหาสิ่งแวดล้อมนี้เพื่อรักษาสุขภาพและชีวิต

เพื่อปกป้องตัวคุณเองและคนที่คุณรัก คุณต้องปฏิบัติตามกฎง่ายๆ สามข้อแต่สำคัญมาก

  • ประการแรก ระมัดระวังในการเลือกสถานที่พัก ไม่จำเป็นต้องว่ายน้ำในน่านน้ำที่ขาดน้ำ เพราะคุณสามารถได้รับพิษได้แม้เพียงสูดดมสารพิษในรูปของละอองลอย
  • ประการที่สอง ระมัดระวังในการเลือกอาหารทะเล (โดยเฉพาะถ้าคุณเป็นแฟนของหอย) สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มักสะสมสารพิษในตัวเอง ซึ่งบางครั้งก็เป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดที่บ้าน
  • และประการที่สาม พยายามอย่าดื่มน้ำจากแม่น้ำ ทะเลสาบ บ่อน้ำ และแหล่งน้ำอื่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณสังเกตเห็นสัญญาณแรกของยูโทรฟิเคชัน (ความขุ่นของน้ำ, ชั้นของสาหร่ายบนผิวน้ำ) ควรใช้น้ำดื่มบรรจุขวดเพราะแม้แต่การต้มน้ำเป็นเวลานานก็ไม่เป็นผลสำหรับสารพิษบางชนิด
1
เนื้อหา แบ่งปัน