АФИНЫ, Джорджия. Согласно недавно опубликованному исследованию, проведенному приглашенным ученым из Университета Джорджии, большая часть информации о загрязнении во всем мире в лучшем случае ошибочна, а может быть и полностью ошибочной. По словам главного автора статьи, микробиолога-исследователя Дэвида Льюиса, последствия этой оплошности начинают угрожать общественному здоровью и окружающей среде.
Исследование конкретно касается хиральности, характеристики, проявляемой химическими веществами с асимметричными молекулами. Эта асимметрия приводит к тому, что молекулы одного и того же химического загрязнителя существуют как зеркальные отражения друг друга. Поскольку многие из строительных блоков живых организмов, в том числе некоторые сахара, аминокислоты и белки, также являются хиральными, воздействие хиральных загрязнителей зависит от того, насколько хорошо токсичные части загрязнителя сочетаются с молекулами живых существ.
"Наше исследование подчеркивает тот факт, что большая часть исторических данных об окружающей среде, собранных о загрязняющих веществах, ненадежны, потому что очень многие химические вещества являются хиральными, и данные не различают, какие зеркальные отражения определенных химических веществ присутствовали, а какие были вредно», - сказал Льюис. «Хорошая новость заключается в том, что многие загрязнители окружающей среды, включая некоторые производные ДДТ, ПХБ и пластификаторы, не так вредны, как считалось ранее. вероятно, увеличить стойкость более токсичных форм некоторых пестицидов."
Исследование было опубликовано сегодня в британском журнале Nature.
Соавторы Льюиса - А. Уэйн Гаррисон из отдела исследований экосистем Агентства по охране окружающей среды США в Афинах, а также Эрик Уоммак из программы стипендий Национального исследовательского совета и Университета Джорджии; Алтон Уиттемор из программы трудоустройства старших специалистов по охране окружающей среды Агентства по охране окружающей среды; и Пол Стеудлер и Джерри Мелилло из Центра экосистем Морской биологической лаборатории в Вудс-Хоул, Массачусетс. До недавнего времени Мелилло был заместителем директора по окружающей среде в Управлении науки и технологий Белого дома.
Льюис также работает в Агентстве по охране окружающей среды, но временно назначен в Университет Джорджии в рамках юридического урегулирования с Агентством по охране окружающей среды в связи с опасениями, которые он высказал по поводу науки Агентства по охране окружающей среды в комментарии Nature 1996 года. Он назначен на кафедру морских наук в UGA.
Весь вопрос вращается вокруг молекулярных форм и того, как окружающая среда влияет на стойкость загрязняющих веществ. Когда молекулярные формы не допускают плотного прилегания, они не могут хорошо взаимодействовать, и поэтому химические вещества с такими молекулами представляют менее серьезную угрозу для живых существ.
"Это все равно, что пытаться пожать чью-то правую руку левой рукой", - сказал Льюис.
Знание того, какие молекулы являются неподходящими зеркальными отражениями или энантиомерами, как их называют ученые, может быть чрезвычайно полезным. Льюис указывает, что 50 из 100 самых продаваемых лекарств (включая барбитураты, риталин и ибупрофен) продаются после выделения энантиомеров с вредными побочными эффектами, такими как врожденные дефекты, обнаруженные три десятилетия назад у препарата талидомид.
Многие загрязняющие вещества также являются хиральными, в том числе некоторые пестициды, пластификаторы и полихлорированные бифенилы - химические вещества, которые когда-то использовались в качестве электрических изоляторов, а теперь широко распространены в окружающей среде. Проблема, согласно исследованию, двоякая: во-первых, очень немногие химические вещества, которые в настоящее время считаются основными загрязнителями, вообще оценивались на предмет их хиральности, а во-вторых, изменения окружающей среды, по-видимому, меняют то, какие зеркальные отражения сохраняются в окружающей среде, воздействуя на почвенные микробы, ответственные за расщепление химических веществ.
«В целом мы пришли к выводу, что глобальные экологические изменения, такие как вырубка тропических лесов, загрязнение питательными веществами и глобальное потепление, значительно изменят риски, связанные со многими загрязняющими веществами, делая воздействие одних хуже, а других менее вредными», - сказал Льюис. «Не зная, как повлияют хиральные загрязнители, экологические меры, направленные на снижение последствий загрязнения, разрабатываются практически в темноте».
Поскольку, по оценкам Льюиса, около четверти всех пестицидов являются хиральными, масштабы проблемы могут быть большими, сказал он. Высокая стоимость разделения зеркальных изображений в настоящее время непомерно высока для большинства пестицидов и промышленных химикатов, хотя есть два заметных исключения - гербициды дихлорпроп и мекопроп, в которых ограниченная часть общего мирового производства включает отдельные энантиомеры.
Чтобы оценить стойкость различных загрязняющих веществ и возможное влияние крупномасштабных изменений окружающей среды на эту стойкость, исследовательская группа изучила почвы, собранные в трех областях: горное плато в Норвегии; 80-летний смешанный лиственный лес в У. С.; и в районе недалеко от города Порту-Велью в Бразилии.
Ученые внесли в образцы почвы гербициды дихлорпроп и метилдихлорпроп, а также руелен, инсектицид, запрещенный в США, но все еще продаваемый в других странах.
В ходе тестов, предназначенных для изучения последствий длительного повышения температуры почвы, добавления удобрений и вырубки тропических лесов, исследователи обнаружили, что разные почвы и связанные с ними микроорганизмы реагируют по-разному. Например, добавление неорганических удобрений на лесные и пастбищные участки в Бразилии не оказало заметного влияния на энантиоселективность по метилдихлорпропу или на участки в Северной Америке, удобряемые с 1988 г..
С другой стороны, лабораторное обогащение органическими питательными веществами, такими как содержащиеся в сточных водах, вызвало сильный сдвиг, при котором микроорганизмы предпочитали зеркальные молекулы в образцах из Северной Америки и Бразилии, но не имели такого же качества. эффект в образцах из Норвегии.
В исследовании также использовались подземные электрические линии, используемые для потепления, для оценки потенциального воздействия глобального потепления на хиральные химические вещества, а также изучалось генетическое разнообразие и биогеография бактерий, способных изменять хиральные химические вещества.
«Похоже, что различные виды изменений в окружающей среде влияют на разные генетически связанные группы микроорганизмов», - сказал доктор Эрик Уоммак, проводивший генетические эксперименты в рамках исследования. Это может объяснить, почему изменения окружающей среды влияют на то, какие зеркальные молекулы сохраняются в окружающей среде».
Результаты, по словам авторов, указывают на сложность, которая означает, что существующие методы определения того, какие химические вещества представляют угрозу для окружающей среды, во многих случаях могут оказаться бесполезными.
«Различное влияние неорганических и органических питательных веществ на энантиоселективность, например, поднимает новые вопросы в отношении внесения в почву переработанного осадка сточных вод», - сказал Льюис.«Этот шлам энантиоселективно трансформирует загрязняющие вещества. Таким образом, ил может увеличивать скорость микробной трансформации некоторых энантиомеров пестицидов и снижать их эффективность в полевых условиях. С другой стороны, некоторые энантиомеры могут дольше сохраняться в этих условиях, создавая риск для населения здоровье и окружающая среда."
Льюис сказал, что неопределенность в отношении зеркального эффекта загрязняющих веществ может также вызвать вопросы о так называемых эндокринных разрушителях - химических веществах в окружающей среде, которые предположительно влияют на эндокринную систему животных.
Между тем, по словам Льюиса, должны произойти изменения в понимании хиральности загрязняющих веществ, если мы хотим, чтобы глобальная экологическая политика имела надлежащий научный вес.
«Я не думаю, что создание одноэнантиомерных пестицидов настолько дорого, что это невозможно», - сказал он. «Я считаю, что в некоторых скандинавских странах они уже продают их. Все больше и больше это будет становиться технически осуществимым, но сначала мы должны понять связанную с ними токсичность, а прямо сейчас мы даже этого не знаем."