1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Doc. RNDr. Petr Anděl, CSc. Ekotoxikologie terestrického ekosystému 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Posuzování vlivů na životní prostředí OPVK_MU.tif •Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Ekotoxikologie terestrického ekosystému 1.Úvod do ekotoxikologie terestrického ekosystému 2.Toxikant v terestrickém ekosystému 3.Biosystém ve vztahu k toxikantu 4.Expozice terestrického ekosystému 5.Osud toxikantů v terestrickém ekosystému 6.Účinky toxikantu na úrovni organismu 7.Účinky toxikantů na úrovni populace 8.Účinky toxikantů na úrovni ekosystému – energie, hmota 9.Účinky toxikantů na úrovni ekosystému – řízení, vývoj 10.Metodika ekotoxikologického výzkumu • • P2091503 MINAMATA • • MINAMATA •Hg •Hg2+ •CH3Hg+ > •chemická •továrna • •rtuť •v různých •formách Øzáliv Minamata, Japonsko Øtovárna na výrobu acetaldehydu Ø za období 1932 – 1970 vypuštěno asi 600 tun rtuti • • MINAMATA •Hg •HgS •Hg2+ •CH3Hg+ •(CH3)2Hg •bakterie • • •H2S • > •chemická •továrna • •rtuť •v různých •formách • • MINAMATA •Hg •HgS •Hg2+ •CH3Hg+ •(CH3)2Hg •bakterie • • •CH3Hg+ •kumulace •potravní •řetězec •člověk •savci •ptáci •toxické •účinky •H2S • > •chemická •továrna • •rtuť •v různých •formách • • KOLOBĚH RTUTI •C2H6 •Hg •Hg •HgS •Hg2+ •CH3Hg+ •(CH3)2Hg •bakterie • • •(CH3)2Hg •UV • •(CH3)2Hg •CH3Hg+ •ryby •detoxikace •kumulace •potravní •řetězec •člověk •savci •ptáci •toxické •účinky •H2S • > •přírodní i umělé • zdroje • •rtuť •v různých •formách 1. ÚVOD 1.1 VYMEZENÍ OBORU BIOINDIKACE - DEFINICE •obecná definice • •Bioindikace = •metoda, kdy na základě vlastností biologických systémů se odhadují vlastnosti prostředí BIOINDIKACE - DEFINICE • •faktory prostředí •živé systémy • •prostředí formuje živé systémy BIOINDIKACE - DEFINICE • •faktory prostředí •živé systémy • •prostředí formuje živé systémy • •živé systémy poskytují informace o prostředí BIOINDIKACE - DEFINICE • •faktory prostředí •teplota •elektromagnetické záření •voda •chemismus •radioaktivita •hluk BIOINDIKACE - DEFINICE • •faktory prostředí •teplota •elektromagnetické záření •voda •chemismus •radioaktivita •hluk BIOINDIKACE - DEFINICE •zúžená definice • •Bioindikace = •metoda, kdy na základě vlastností biologických systémů se odhadují chemické vlastnosti prostředí BIOINDIKACE - DEFINICE •zúžená definice • •Bioindikace = •metoda, kdy na základě vlastností biologických systémů se odhadují chemické vlastnosti prostředí • •základním oborem ze kterého se vychází je ekotoxikologie KONTAMINANT X EKOSYSTÉM P8270113 •oxidy síry, •oxidy dusíku, •těžké kovy •persistentní •org. látky •fosforečnany •dusičnany •pesticidy •hnojiva •ropné •látky EKOTOXIKOLOGIE - DEFINICE •Ekotoxikologie – věda, která se zabývá negativním působením chemických látek na živé systémy EKOTOXIKOLOGIE – HRANIČNÍ VĚDNÍ OBOR •Chemie •Lékařství •Biologie •Ekologie •Toxikologie •Ekotoxikologie Ø ekotoxikologie je hraniční obor • mezi ekologií a toxikologií EKOTOXIKOLOGIE - OBORY •Dílčí obory: • vliv emisí ze spalovacích procesů • vliv používání pesticidů • látky ovlivňující ozónovou díru • látky ovlivňující tepelnou bilanci Země • nově uváděné chemikálie na trh • dioxiny • radionuklidy • polyaromatické uhlovodíky • volatilní organické látky • těžké kovy aj. • • • ŠÍŘE POJETÍ EKOTOXIKOLOGIE •2 KRAJNÍ PŘÍSTUPY KE STUDIU VZTAHU •TOXIKANT X BIOLOGICKÝ SYSTÉM: ŠÍŘE POJETÍ EKOTOXIKOLOGIE •2 KRAJNÍ PŘÍSTUPY KE STUDIU VZTAHU •KONTAMINANT X BIOLOGICKÝ SYSTÉM: •1 jedovatá látka •X •1 organismus qklasická toxikologie qzáklad: laboratorní pokusy qhlavní problém: neodpovídá reálným podmínkám v přírodě ŠÍŘE POJETÍ EKOTOXIKOLOGIE •2 KRAJNÍ PŘÍSTUPY KE STUDIU VZTAHU •KONTAMINANT X BIOLOGICKÝ SYSTÉM: •1 jedovatá látka •koloběh • hmoty •X •X •1 organismus •ekosystém qklasická toxikologie qzáklad: laboratorní pokusy qhlavní problém: neodpovídá reálným podmínkám v přírodě • qekotoxikologický přístup qzáklad: terénní studie qhlavní problém: velká šíře, materiální a časová náročnost q • ŠÍŘE POJETÍ EKOTOXIKOLOGIE •2 KRAJNÍ PŘÍSTUPY KE STUDIU VZTAHU •KONTAMINANT X BIOLOGICKÝ SYSTÉM: •1 jedovatá látka •koloběh • hmoty •X •X •1 organismus •ekosystém qklasická toxikologie qzáklad: laboratorní pokusy qhlavní problém: neodpovídá reálným podmínkám v přírodě • qekotoxikologický přístup qzáklad: terénní studie qhlavní problém: velká šíře, materiální a časová náročnost q • Ø uvedeným studijním přístupům odpovídá i různý rozsah chápání ekotoxikologie: od úzkého na úrovni organismu, až ke komplexnímu ekosystémovému přstupu Ø praktické aplikace se nacházejí většinou mezi oběma krajními přístupy 1.2 METODICKÉ SCHÉMA ZÁKLADNÍ METODICKÉ SCHÉMA •4 ZÁKLADNÍ METODICKÉ PŘÍSTUPY: • q systémový přístup q pravděpodobnostní přístup q hodnocení expozice a účinku q evoluční přístup 1.3 SYSTÉMOVÝ PŘÍSTUP „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ sejmout0001 •Charles DARWIN •(1809 – 1882) • • •„O původu druhů přírodním výběrem „ (1859) „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •čmelák čmelák „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •čmelák • myš „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • doma 2-3-04 014 „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •Thomas HUXLEY •(1825 - 1895) • •anglický lékař a přírodovědec • sejmout0002 „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •dobytek „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •dobytek •bifteky „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •dobytek •bifteky •anglické •námořnictvo „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •sláva •Britského impéria •dobytek •bifteky •anglické •námořnictvo „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •sláva •Britského impéria •dobytek •bifteky •anglické •námořnictvo •staré •panny „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •jetel •hraboš •kočka •čmelák • • •sláva •Britského impéria •dobytek •bifteky •anglické •námořnictvo •staré •panny • „všechno souvisí se vším“ •PRINCIP KOMPLEXNOSTI „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ •PŘÍRODA •SPOLEČNOST „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ P1010005 plíce • • •kyslík „PRVNÍ EKOLOGICKÝ PRINCIP“ P8193578 • •kontaminace SYSTÉM – DEFINICE A VLASTNOSTI DEFINICE SYSTÉMU •= soubor pravidelně na sebe působících a vzájemně na sobě závislých složek, které tvoří jeden celek • • VLASTNOSTI SYSTÉMU Ø celek je víc než součet částí • • VLASTNOSTI SYSTÉMU Ø celek je víc než součet částí Ø stupňovité (hierarchické) uspořádání • • • VLASTNOSTI SYSTÉMU Ø celek je víc než součet částí Ø stupňovité (hierarchické) uspořádání Ø celek i jeho části se vzájemně ovlivňují • • • VLASTNOSTI SYSTÉMU Ø celek je víc než součet částí Ø stupňovité (hierarchické) uspořádání Ø celek i jeho části se vzájemně ovlivňují Ø systém má vstup a výstup a s okolím si vyměňuje energii, hmotu, informace • • • DEFINICE POJMŮ • • •Struktura = způsob uspořádání vztahů mezi prvky systému •Vazba = hmotné, nehmotné nebo informační spojení mezi prvky systému Zpětná vazba = vazba mezi výstupem a vstupem téhož prvku, která způsobuje, že vstup je závislý na výstupu • •Chování systému = způsob reakce systému na podněty z okolí 1.4 PRAVDĚPODOBNOSTNÍ PŘÍSTUP RIZIKO RIZIKO • • • • • • •Riziko = pravděpodobnost, že za dané situace dojde ke škodlivému (negativnímu) působení na hodnocený systém • • RIZIKO • • • • • • •Riziko = pravděpodobnost, že za dané situace dojde ke škodlivému (negativnímu) působení na hodnocený systém • •ekotoxikologie vychází z hodnocení rizik • •Výsledek ekotoxikologického průzkumu: •toxikant (T) bude mít na biologický systém (B) za daných podmínek s pravděpodobností a definovaný vliv • Co je škodlivé? • • • • • • • •Základní problém: -co je škodlivý vliv pro biosystém? • •Organizační úrovně: q organismus q populace q ekosystém • • •roste neurčitost odpovědi Co je škodlivé • • • • • • •V praxi: •za negativní vliv budou považovány všechny změny současného stavu, které se projeví ve struktuře , v toku energie, koloběhu hmoty, řízení nebo vývoji ekosystému, kromě změn plynoucích z přirozeného vývoje a přirozené variability • POTENCIÁL • • • • • •POTENCIÁL: •= souhrn možností a schopností něco udělat • • q POTENCIÁL • • • • • •POTENCIÁL: •= souhrn možností a schopností něco udělat • • •Příklady ve všech fázích hodnocení: q způsobilost toxikantů k vyvolání účinku q způsobilost biosystému k přijetí účinku q způsobilost místa k depozici látek q způsobilost místa k fotolýze látky q aj. • 1.5 HODNOCENÍ EXPOZICE A ÚČINKU OSNOVA HODNOCENÍ RIZIKA OSNOVA HODNOCENÍ RIZIKA •METODIKA HODNOCENÍ RIZIKA •= ZÁKLADNÍ PŘÍSTUP V EKOTOXIKOLOGII •ZÁKLADNÍ KROKY: 1.DEFINICE PROBLÉMU (hodnocení nebezpečnosti) 2.HODNOCENÍ EXPOZICE 3.HODNOCENÍ ÚČINKU 4.CHARAKTERISTIKA RIZIKA ROZDĚLENÍ EKOTOXIKOLOGIE • • •EKOTOXIKOLOGIE • • • ROZDĚLENÍ EKOTOXIKOLOGIE • • • • • hodnocení nebezpečnosti • • hodnocení expozice • • hodnocení účinku • • charakterizace rizika •OBECNÉ DISCIPLÍNY • • ROZDĚLENÍ EKOTOXIKOLOGIE • • •TAXONOMICKÉ TŘÍDĚNÍ • • ROZDĚLENÍ EKOTOXIKOLOGIE • • •TAXONOMICKÉ TŘÍDĚNÍ • • • • • • • • • • •Např.: •dioxiny • •těžké kovy • •pesticidy • •……. • • • • • 1.6 EVOLUČNÍ PŘÍSTUP CHEMICKÝ BOJ •Chemický boj •= běžná součást vztahu mezi organismy • CHEMICKÝ BOJ •Chemický boj •= běžná součást vztahu mezi organismy • •Chemické látky z pohledu jedince: q vlastní – součástí jeho metabolismu q cizí = xenobiotika – všechny ostatní q Þ každý organismus obklopen cizími látkami Þ nutnost vytvořit si obranné mechanismy • CHEMICKÝ BOJ •Xenobiotika vytvořená člověkem: •= v principu stejný problém jako od jiných druhů Þ využívání stejných obranných mechanismů vytvořených během evoluce • VYLUČOVACÍ SOUSTAVA •VS umístění ledvin ŘEZ LEDVINOU •VS ledvina NEFRON •VS bowmanův váček CHEMICKÝ BOJ •2 základní bojové způsoby využívání látek: q obrana q útok q q • •Stručný přehled rozdělený na: q mikroorganismy + houby q rostliny q živočichy LÁTKY PRODUKOVANÉ MIKROORGANISMY Mikrobiální toxiny • u většina mikroorganismů • př.: •Clostridium botulinum – botulinotoxin Bacillus antrhracis – sněť slezinná P6120086 vodní květ sinic P6120087 vodní květ sinic Antibiotika •= chemické látky vylučované organismy k potlačení růstu mikroorganismů • • •fytoncidy – antibiotika produkovaná vyššími rostlinami Alexander Fleming Fleming 420 Alexander Fleming sejmout0008 •kolonie bakterie Staphylococcus aureus a plísně Penicillium chrysogenum •1928 •St. Mary´s Hospital, Londýn Alexander Fleming •( 1881 – 1955 ) q skotský bakteriolog q objevitel prvního antibiotika - 1928 q praktická využitelnost – na základě prací E. Chain, H. Florey 1940 qnositel Nobelovy ceny (1945) LOUIS PASTEUR • §průkopník antisepse • ( studie a základy • bakteriologie) §objevil očkování proti vzteklině a sněti slezinné §objev pasterizace • Pasteur 300 •1822 – 1895 •francouzský chemik •a mikrobiolog LOUIS PASTEUR •1874 – úvodní řeč L. Pasteura • v Akademii lékařských věd v Paříži • •„Kdybych, pánové, měl čest být chirurgem jako vy, každý nástroj bych před použitím protáhl plamenem. • • LOUIS PASTEUR •1874 – úvodní řeč L. Pasteura • v Akademii lékařských věd v Paříži • •„Kdybych, pánové, měl čest být chirurgem jako vy, každý nástroj bych před použitím protáhl plamenem. • •Kdybych měl čest být chirurgem, umýval a dezinfikoval bych si před operací pečlivě ruce a neužíval bych ani vaty, ani obvazů, které nebyly předem důkladně vystaveny vzduchu ohřátému na 130 až 150 stupňů. • • • • LOUIS PASTEUR •1874 – úvodní řeč L. Pasteura • v Akademii lékařských věd v Paříži • •„Kdybych, pánové, měl čest být chirurgem jako vy, každý nástroj bych před použitím protáhl plamenem. • •Kdybych měl čest být chirurgem, umýval a dezinfikoval bych si před operací pečlivě ruce a neužíval bych ani vaty, ani obvazů, které nebyly předem důkladně vystaveny vzduchu ohřátému na 130 až 150 stupňů. • •Kdybych měl čest být chirurgem, nepoužíval bych při operaci vodu, která nebyla očištěna zahřátím na 110 až 120 stupňů“ • • LOUIS PASTEUR •1874 – úvodní řeč L. Pasteura • v Akademii lékařských věd v Paříži • •„Kdybych, pánové, měl čest být chirurgem jako vy, každý nástroj bych před použitím protáhl plamenem. • •Kdybych měl čest být chirurgem, umýval a dezinfikoval bych si před operací pečlivě ruce a neužíval bych ani vaty, ani obvazů, které nebyly předem důkladně vystaveny vzduchu ohřátému na 130 až 150 stupňů. • •Kdybych měl čest být chirurgem, nepoužíval bych při operaci vodu, která nebyla očištěna zahřátím na 110 až 120 stupňů“ • •.... pískot a nesmírný povyk mu byly odpovědí. LÁTKY PRODUKOVANÉ ROSTLINAMI OCHRANA PROTI BÝLOŽRAVCŮM Alkaloidy • • dusíkaté látky vesměs se silnými účinky na organismus • • č. makovité: mák setý, vlaštovičník větší • č. dýmnivkovité: dýmnivka dutá • č. lilkovité: rulík zlomocný, blín černý, durman obecný • č. pryskyřníkovité: oměj šalamounek • č. liliovité: ocún jesenní Glykosidy • • lehce se štěpící esterové deriváty cukrů • dělení podle složení – gl. kyanovodíkové, antrachinonové, fenolové aj. • velká množství glykosidů mají zástupci č. pryskyřníkovitých, vikvovitých, svlačcovitých, tolejšovitých • • např. glykosidy s účinky na srdeční sval hlaváček jarní, náprstník červený, konvalinka vonná Saponiny • • látky podobné glykosidům, při třepání s vodou silně pění • ve vyšších koncentracích – rozrušují červené krvinky (hemolýza) • podráždění žaludeční a střevní sliznice • • mydlice lékařská, divizna velkokvětá, prvosenka jarní, jehlice trnitá Silice • • směsi těkavých, často vonných látek • především terpeny a jejich deriváty • č. hluchavkovité, růžovité, mrkvovité, vavřívovité • • zvláštní skupinou jsou furokumariny • kumarin a jeho deriváty – antagoniské vitamínu K, snižují srážlivost krve č. mrkvovité, vikvovité Medvídek koala Klokani,koaly • •a • •blahovičník manový Rostlinné toxiny x pesticidy • • Rostlinná látka Mechanismus účinku analogické pesticidy pyrethriny Na – kanál na axonální menbráně Pyrethroidy DDT dikumarol Antagonista vitamínu K (protisrážlivé účinky krve) Warfarin fysostigmin Inhibitor cholinesterázy Karbamátové insekticidy nikotin Nikotinový receptor pro acetylcholin Neonikotinové insekticidy ALELOPATIE Alelopatie vztahy mezi organismy 2 •dub (Quercus coccifera) P9180004 BOROVICE VEJMUTOVKA BOROVICE VEJMUTOVKA •Národní park České Švýcarsko P9180089 P9180006 BOROVICE VEJMUTOVKA • latinský název • Pinus strobus L. • původ – východní oblast Severní Ameriky • • do Evropy dovezena r. 1705 – lord Weymouth P9180021 BOROVICE VEJMUTOVKA • jehlice ve svazcích po 5, délka 10 – 15 cm • převislé úzké šišky P9180039 BOROVICE VEJMUTOVKA •invazní dřevina, vytlačuje borovici lesní P9180074 BOROVICE VEJMUTOVKA •výskyt ve všech věkových stádiích P9180019 P9180065 BOROVICE VEJMUTOVKA •kácení vejmutovky na území národního parku P9180008 BOROVICE VEJMUTOVKA •kácení vejmutovky na území národního parku P9180009 LÁTKY PRODUKOVANÉ ŽIVOČICHY OBRANA •Jedovaté látky : • v žahavých buňkách – medůzy, mořští plži • v kůži – obojživelníci – bufotoxiny, batrachotoxiny • v ostnech – ryba ropušnice • v mase – ryby čtverzubci (Fugu vermicularis) – tetrodoxin OBRANA •Jedovaté látky : • v žahavých buňkách – medůzy, mořští plži • v kůži – obojživelníci – bufotoxiny, batrachotoxiny • v ostnech – ryba ropušnice • v mase – ryby čtverzubci (Fugu vermicularis) – tetrodoxin Doprovázeno výraznými barevnými nebo morfologickými znaky – výstražné zbarvení • •Chemická obrana je především tam, kde chybí rychlost pohybu (pro únik). OBRANA •Žáby č. pralesničkovité (Dendrobatidae) • vysoce účinné toxiny produkované kožními žlázami • patří k nejsilnějším živočišným jedům nebílkovinné povahy • alkaloidy – přes 200 druhů • působí na přenos nervového vzruchu • používány jako šípový jed • OBRANA •Žáby č. pralesničkovité (Dendrobatidae) • vysoce účinné toxiny produkované kožními žlázami • patří k nejsilnějším živočišným jedům nebílkovinné povahy • alkaloidy – přes 200 druhů • působí na přenos nervového vzruchu • používány jako šípový jed • P4080240 P4080239 P4080241 OBRANA •Žáby č. pralesničkovité (Dendrobatidae) • vysoce účinné toxiny produkované kožními žlázami • patří k nejsilnějším živočišným jedům nebílkovinné povahy • alkaloidy – přes 200 druhů • působí na přenos nervového vzruchu • používány jako šípový jed • nejsilnější batrachotoxiny žab r. Phyllobates • pralesnička strašná (Phyllobates terribilis) vyloučí až 2 mg jedu = smrtelná dávka pro 20 000 labor. myší pro 10 lidí ÚTOK •Jedovaté látky využívány k lovu kořisti: • pavouci • štíři • hmyz (vosy, včely,…) • hadi • rejsci (jedovaté sliny) • • ÚTOK •Jedovaté látky využívány k lovu kořisti: • pavouci • štíři • hmyz (vosy, včely,…) • hadi • rejsci (jedovaté sliny) • •Většina jedů na ochromení a usmrcení kořisti jsou neurotoxiny. • •Nervová soustava je dobrým cílem pro chemické zbraně. • •Rovněž většina komerčních insekticidů jsou rovněž neurotoxiny. CHEMICKÝ BOJ • •Účinek všech látek vyrobených člověkem musí být vždy posuzován v kontextu dlouhé evoluční historie přirozené chemické války mezi organismy na Zemi. 1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif 1212570_28446780.jpg Adobe Systems logo_mu_cerne.gif Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Posuzování vlivů na životní prostředí OPVK_MU.tif •Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky