Sự phú dưỡng – vùng nước có màu do hoạt động của con người

Sự phú dưỡng – vùng nước có màu do hoạt động của con người
Hình ảnh: T.w. Van Urk | Dreamstime
Ratmir Belov
Journalist-writer

Vấn đề phú dưỡng (nở nước) đang diễn ra phổ biến và nghiêm trọng, bởi theo UNEP (Chương trình Môi trường Liên hợp quốc) khoảng 30 – 40% các hồ và hồ chứa trên thế giới đã phải hứng chịu hiện tượng này. Ngoài ra, hiện tượng phú dưỡng có thể xảy ra ở cả nước ngọt và nước biển.

“Có gì xấu về hiện tượng phú dưỡng?” – bạn hỏi. Thật không may, lớp tảo bao phủ các hồ chứa như vậy chỉ là phần nổi của tảng băng, ẩn chứa một vạc độc hại thực sự.

Bạn thậm chí không cần phải hỏi ai là người phải chịu trách nhiệm cho việc này, bởi vì câu trả lời là rõ ràng một cách đau đớn – hoạt động kinh tế. Các nguồn gây ô nhiễm bao gồm nước thải đô thị có hàm lượng phốt pho cao (xin chào các nhà sản xuất chất tẩy rửa vẫn sử dụng phốt phát) và chất thải nông nghiệp: phốt phát và phân đạm rửa, ủ chua.

Làm thế nào để giải quyết vấn đề phú dưỡng?

Và, có vẻ như, vấn đề được giải quyết dễ dàng – bạn có thể cấm chất tẩy rửa có chứa phốt phát và hạn chế sử dụng phân bón nitơ và phốt phát. Nhưng trước tiên chúng ta hãy tìm hiểu điều gì sẽ xảy ra sau khi một lượng lớn phốt pho và nitơ được đổ vào một bể chứa có điều kiện.

Hành động 1 – Nghề nghiệp

Tất cả bắt đầu với sự mất cân bằng giữa các nguyên tố như phốt pho (P), nitơ (N) và silic (Si). Nhưng sự gia tăng mạnh tỷ lệ N / Si và P / Si (sự gia tăng phốt pho đặc biệt là thêm dầu vào lửa) không phải là thành phần duy nhất trở thành yếu tố kích hoạt sự sinh sản tích cực của thực vật phù du. Điều này cũng yêu cầu nhiệt độ tối ưu là 23-28C. Chính sự kết hợp sát thủ này đã tạo mọi điều kiện để tảo có tốc độ phát triển tối đa.

Hình ảnh: Edita Meskoniene | Dreamstime

Các sinh vật cực nhỏ sinh sản rất tích cực làm gì? Chúng ngay lập tức tạo thành một lớp khá dày đặc trên mặt nước, dần dần chiếm hết diện tích có thể.

Nạn nhân đầu tiên của nghề này là tảo lục, mà ánh sáng mặt trời rất quan trọng. Thực vật chết được phân hủy bởi vi khuẩn tiêu thụ oxy. Do đó, sau một thời gian ngắn, hậu quả đã bắt kịp với cá và các sinh vật hiếu khí khác, khi “vùng chết” với nồng độ oxy hòa tan cực thấp bắt đầu hình thành trong hồ chứa. Thêm vào đó là sinh khối của tảo đi ra ngoài, và kết quả là hồ chứa của chúng ta đang dần biến thành một “bãi chôn lấp ngột ngạt”.

Hành động 2 – Lật ngược

Do đó, trong một hệ sinh thái, ngoài sự gia tăng bất hợp lý về năng suất sơ cấp (sinh khối do vi tảo tạo ra), thì sự phong phú tương đối của các loài, thành phần phân loại và sự phân bố không gian của các nhà sản xuất sơ cấp trong hệ sinh thái nước cũng thay đổi.

Phá rừng như một vấn đề môi trường: hậu quả và giải pháp
Phá rừng như một vấn đề môi trường: hậu quả và giải pháp

Những thay đổi về thành phần và vị trí của các nguồn tài nguyên làm thay đổi sự phân bố và dòng chảy của năng lượng trong lưới thức ăn. Thật là chính xác? Trong một hệ sinh thái thủy sinh bình thường, thực vật phù du (tảo cực nhỏ và các sinh vật quang hợp khác) được sử dụng bởi động vật phù du (ấu trùng cá, giáp xác, động vật thân mềm). Động vật phù du là thức ăn cho các loài động vật ăn thịt lớn hơn (ví dụ, cá), và các chất thải của tất cả các sinh vật được sử dụng bởi các sinh vật phân hủy (vi khuẩn). Trong hệ thống dinh dưỡng, sinh vật tiêu thụ chính là vi khuẩn phân hủy thực vật chết, một phần của tảo và cá. Hậu quả là sinh vật mất đi khả năng chuyên môn hóa sinh thái.

Nhưng điều khiến chúng ta quan tâm hơn cả là tác động của hiện tượng phú dưỡng đối với sức khỏe con người, vì vậy hãy tiếp tục.

Hành động 3 – Môi trường độc hại

Trên thực tế, chỉ có thực vật phù du và vi sinh vật kỵ khí còn sống trong hồ. Các đại diện tiêu biểu của thực vật phù du là tảo lục lam và đại diện của các nhóm phân loại khác không gây hại cho các loài khác. Nhưng trong môi trường như vậy cũng có nơi cho các sinh vật sản sinh độc tố, khi tiếp xúc với người có thể gây hại. Nhân tiện, từ “tiếp xúc” không chỉ ngụ ý tắm trong nước như vậy, mà còn là công dụng của nó.

Các chất độc có thể được tìm thấy trong không gian mở của các hồ chứa phú dưỡng được chia thành nhiều nhóm:

  • Độc tố gan hoặc peptit mạch vòng (microcystins và nốt sần);
  • Alkaloid (squndrospermopsin, toxoid-a và toxoid-a, saxitoxin);
  • Polyketide (aplysiatoxin);
  • Axit amin (-methylamino-L-alanin hoặc VMAA).
Hình ảnh: Jon Benito Iza | Dreamstime

Các chất độc của tảo như azaspiracid, brevetoxin, ciguatoxin, domoic acid, dinophysistoxin, hemolytic toxin, homoanatoxin, calotoxin, lingbiatoxin, maitotoxin, pectenotoxin, primnesin, và các loại tương tự thường không được đưa vào phân loại này.

Bây giờ là lúc để tìm hiểu chính xác cách các vùng nước bị phú dưỡng có thể gây hại cho con người hoặc thậm chí giết chết.

Tác hại của hiện tượng phú dưỡng

Microcystins và nốt sần

Sự tổng hợp microcystins được quan sát thấy ở một số loài thuộc chi 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 và ở một số loài (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus). Nodularin được tổng hợp bởi Nodularia spumigena, một loài phổ biến trong nước biển.

Microcystins và nốt sần đôi khi được gọi là độc tố gan vì gan là mục tiêu chính của nhóm hợp chất này. Nhưng có những trường hợp tích tụ microcystin ở thận, ruột già, não và các cơ quan khác, những tế bào này có chất vận chuyển anion hữu cơ OATP (Organic Anion Transporter).

Hiệu ứng nhà kính: nguyên nhân, hậu quả, tác động đến khí hậu và cách giải quyết vấn đề
Hiệu ứng nhà kính: nguyên nhân, hậu quả, tác động đến khí hậu và cách giải quyết vấn đề

Tại sao chúng không được trung hòa trong dạ dày hoặc trong gan? Thực tế là các hợp chất protein này bao gồm các axit amin dạng D (và dạng L của các axit amin đóng vai trò như phối tử cho các enzym), vì vậy chúng có khả năng chống lại sự tiêu hóa.

Microcystins ức chế men phosphatase của protein, do đó các protein của tế bào trở nên phosphoryl hóa – điều này tạo điều kiện cho sự hình thành các khối u. Tình hình trở nên tồi tệ hơn do độc tố làm tăng sự biểu hiện của các proto-oncogenes (cfos, c-jun, c-mys, p53).

Ngoài ra, microcystins và nốt sần kích hoạt c-Jun-N-terminal kinase và các enzym khác có liên quan đến stress oxy hóa của tế bào. Điều này có nghĩa là xuất huyết nội tạng, và trong trường hợp ngộ độc cấp tính, xảy ra sốc xuất huyết so với nền tảng này.

Vì microcystins vượt qua hàng rào máu não, một số bệnh liên quan đến hệ thần kinh được thêm vào danh sách bệnh lý. Chúng bao gồm viêm mô thần kinh, cũng như một số bệnh thoái hóa thần kinh.

Hình ảnh: Joaquin Corbalan | Dreamstime

Tầm quan trọng của liều gây chết người đối với con người vẫn chưa được xác định, vì các microcystins khác nhau có tính ưa béo và các giá trị phân cực khác nhau. Tuy nhiên, liều trung bình được coi là 5-10 mcg / kg thể trọng.
Nhưng, may mắn thay, microcystins và nốt sần có thể được trung hòa. Đầu tiên, các hợp chất này là nội bào và chỉ xâm nhập vào môi trường nếu tế bào bị tổn thương. Mặc dù thực tế là chúng khá ổn định trong môi trường ngoại bào và bị phá hủy hoàn toàn sau 20 tuần, quá trình này có thể được đẩy nhanh bởi nhiệt độ cao (40C) và các giá trị pH tới hạn. Do đó, các cách ngộ độc có thể xảy ra với microcystins và nốt sần là sử dụng nước và sản phẩm chưa qua xử lý nhiệt.

Anatoxin

Độc tố phổ biến nhất và đồng thời nguy hiểm do tảo sinh ra trong nước ngọt là anatoxin-a. Nó được tổng hợp bởi các đại diện của các chi Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix, cũng như một số loài riêng lẻ (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus ).

Anatoxin là một chất chủ vận của các thụ thể acetylcholine ngoại vi và trung ương. Khi liên kết trước / sau synap với các thụ thể, nó sẽ mở ra các kênh natri / kali, gây phong tỏa khử cực. Do đó, sau khi vào máu, chất độc gây mất phối hợp cơ, run và co giật, tử vong sau khi liệt hô hấp ngoại vi (các cơ liên quan đến hô hấp ngừng hoạt động).

Sét bóng là một hiện tượng bí ẩn
Sét bóng là một hiện tượng bí ẩn

Bạn có thể bị ngộ độc do độc tố khi tắm, uống nước bị ô nhiễm và các chất phụ gia thực phẩm. Liều gây chết người là từ 20 mcg / g, việc tiếp nhận gây tử vong do liệt hô hấp trong 1-2 phút. Đó là lý do tại sao độc tố thường được gọi là Yếu tố gây tử vong rất nhanh (VFDF).

Còn về (các) độc tố thì sao? Thực tế là hợp chất này, không giống như toxoid-a, không ổn định trong môi trường, do đó, theo quy luật, nó không gây ra mối đe dọa cho con người.

Độc tố saxit

Saxitoxin hình thành một số loài từ chi Anabaena (A. Circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria và loài Plectonema wollei. Saxitoxin cũng được tổng hợp bởi tảo đơn bào (chi Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) và tích tụ trong các loài nhuyễn thể sống ở biển và nước ngọt.

Saxitoxin, không giống như microcystins và nốt sần, có thể điều nhiệt, nhưng có thể được tách ra khỏi nước bằng cách hấp thụ trên than hoạt tính hoặc bằng cách ozon hóa nước.

Alkaloid này ngăn chặn sự dẫn truyền natri trong sợi trục bằng cách liên kết với các lỗ chân lông của kênh natri, ngăn cản sự truyền các xung thần kinh. Nói cách khác, nó gây tê liệt. Do đó, ngộ độc saxitoxin được gọi là “ngộ độc động vật có vỏ bị liệt”.

Một người có thể dễ dàng tiêu thụ khoảng 100 microgam saxitoxin (khoảng 50 microgam / l với lượng nước uống hàng ngày với thể tích 2 lít). Không có xu hướng tích tụ trong cơ thể.

Cylindrospermopsin

Cylindrospermopsin được tổng hợp bởi các loài như Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum và Umezakia natans. Vì các sinh vật được liệt kê là đặc trưng của các hồ chứa nước ngọt, vị trí của chất độc sẽ không khó đoán.

Hình ảnh: T.w. Van Urk | Dreamstime

Độc tố này, tương tự như microcystins và nốt sần, có tác dụng rộng trên cơ thể. Mục tiêu chính của ridndrospermopsin là gan, nhưng nó cũng ảnh hưởng tiêu cực đến mắt, lá lách, phổi, tuyến ức, tim, thận, và những thứ tương tự. Ngoài ra, ridndrospermopsin ức chế tổng hợp protein trong tế bào, gây ra sự phân mảnh DNA trong ống nghiệm và hình thành stress oxy hóa trong tế bào trên cơ sở ức chế tổng hợp glutathione (một chất chống oxy hóa nội sinh mạnh).

Liều gây chết của trụylicin là 6 mg / kg. Nó hòa tan trong nước và ổn định ở mức độ pH thấp. Khi nước được đun nóng đến 100C, nó vẫn hoạt động trong 15 phút, do đó, phương pháp chính để trung hòa chất độc này là xử lý nhiệt lâu dài đối với nước và các sản phẩm có thể bị nhiễm độc long.

Aplisiatoxin

Đây là một loại độc tố có bản chất phi protein, và nó được tạo ra bởi một số loài tảo thuộc các chi Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, Phormidium nigro-viride, là những loài cư trú đặc trưng của vùng biển.

Aplysiatoxin có thể hoạt hóa protein kinase C, góp phần làm tăng quá trình phosphoryl hóa protein. Điều này góp phần làm xuất hiện thêm các khối u. Ngoài ra, khi tiếp xúc với da, nó có thể gây ra sự xuất hiện của viêm da cấp tính, cũng như viêm màng nhầy nếu chất độc được ăn vào bằng thức ăn hoặc qua đường hô hấp.

Hydro xanh – nguồn năng lượng của tương lai?
Hydro xanh – nguồn năng lượng của tương lai?

Liều gây chết của aplysiatoxin là 0,3 mg / kg. Khi sôi, nó không bền và bị xẹp. Nhưng loại bỏ aplysiatoxin trong nước không phải là lựa chọn tốt nhất, vì làm theo cách này bạn có nguy cơ bị ngộ độc với khói brôm.

VMAA-methylamino-L-alanine là một axit amin không phải protein được tổng hợp bởi các chi Nostoc, Synechococcus và Synechocystis, cũng như một số loài riêng lẻ (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) sống ở biển hoặc nước ngọt. Axit amin này tích tụ trong động vật có vỏ, một số loại cá, cũng như trong chính nước.

VMAA có khả năng gây ra sự phát triển của bệnh xơ cứng teo cơ bên (bệnh Lou Gehrig), Parkinson và Alzheimer, và các rối loạn thoái hóa thần kinh khác. Người ta cũng đưa ra giả thuyết rằng axit amin làm tăng sự phổ biến của protein, một quá trình chính trong quá trình phân hủy protein.

Tác dụng độc thần kinh được biểu hiện khi một người tiêu thụ VMAA với lượng khoảng 4000 mg / kg trọng lượng cơ thể. Nhưng trong trường hợp độc tố này, đó là nhiễm độc mãn tính gây nguy hiểm lớn.
Thật không may, việc xử lý nhiệt đối với nước hoặc thực phẩm không đảm bảo trung hòa α-metylamino-L-alanin, vì hợp chất này rất bền ở nhiệt độ cao và giá trị pH thấp.

Sống sót trong tự nhiên

Người ta có thể mô tả vô tận cơ chế hoạt động của các chất độc khác nhau có thể được hình thành trong các thủy vực phú dưỡng. Nhưng điều quan trọng nhất ở đây là gì? Hãy chấp nhận thực tế rằng sự phú dưỡng bị bỏ quên có thể dẫn đến những hậu quả đáng buồn và đôi khi là bi thảm. Vì vậy, lợi ích của chúng tôi là làm mọi cách để giảm thiểu tác động tiêu cực của vấn đề môi trường này nhằm bảo tồn sức khỏe và tính mạng.

Để bảo vệ chính mình và những người thân yêu, bạn phải tuân thủ ba quy tắc đơn giản nhưng rất quan trọng.

  • Trước hết, hãy cẩn thận khi chọn nơi lưu trú. Không nhất thiết phải bơi ở những vùng nước giàu dinh dưỡng – bạn có thể bị ngộ độc ngay cả khi hít phải chất độc dưới dạng bình xịt.
  • Thứ hai, hãy cẩn thận khi lựa chọn hải sản (đặc biệt nếu bạn là người thích ăn động vật có vỏ) – chính những sinh vật này thường tích tụ độc tố trong cơ thể và đôi khi không thể loại bỏ được tại nhà.
  • Và thứ ba, cố gắng không uống nước sông, hồ, ao và các vùng nước khác. Đặc biệt nếu bạn nhận thấy những dấu hiệu đầu tiên của hiện tượng phú dưỡng (nước đục, một lớp tảo trên bề mặt). Tốt hơn là nên sử dụng nước uống đóng chai, vì nước sôi trong thời gian dài cũng không có tác dụng đối với một số chất độc.
1
Nội dung Đăng lại