Химический коктейль из микрозагрязнителей усилил воздействие водорослевых токсинов в массовой гибели рыб в 2022 году: исследование

В начале августа 2022 года в реке Одер (Германия) были замечены тонны мертвой рыбы, мидий и улиток. Вскоре стало ясно, что стало причиной экологической катастрофы на пограничной реке между Германией и Польшей: сочетание чрезмерной солености, высокой температуры воды, низкого уровня воды и чрезмерного поступления питательных веществ и сточных вод спровоцировало цветение солоноватоводных водорослей Prymnesium parvum, чей водорослевый токсин примнезин оказывает смертельное воздействие на организмы.

Группа ученых, координируемая Центром Гельмгольца по исследованию окружающей среды (UFZ), собрала и проанализировала образцы воды в то время. Результаты, опубликованные в Природа Водапоказывают, что высокие концентрации органических микрозагрязнителей усиливают летальные эффекты примнезина.

Экологическая катастрофа лета 2022 года привела к гибели до 60% биомассы рыб и до 85% биомассы мидий и улиток в реке Одер.

В августе 2022 года UFZ создал междисциплинарную специальную рабочую группу совместно с исследователями из Института пресноводной экологии и внутреннего рыболовства имени Лейбница (IGB), Венского университета ветеринарной медицины (Vetmeduni) и Бирмингемского университета. Они взяли пробы воды в пяти местах вдоль Одера, извлекли отравленную рыбу, проанализировали и оценили образцы.

«Целью исследования было выяснить, какие микрозагрязнители присутствуют в Одере, как они влияют на водные организмы в реке и какую угрозу коктейль из водорослевых токсинов и микрозагрязнителей может представлять для человека», — говорит профессор, доктор Беата Эшер, ведущий автор и экологический токсиколог UFZ.

В ходе исследования ученым удалось обнаружить в образцах воды более 120 органических микрозагрязнителей. Наибольшие концентрации химических веществ были обнаружены для антипирена трис(1-хлор-2-пропил)фосфата, полимерной добавки гексаметоксиметилмеламина и ингибитора коррозии 1H-бензотриазола.

Большинство обнаруженных загрязняющих веществ предположительно были сброшены в Одер с очистных сооружений, но их концентрации были низкими. Однако научная группа также обнаружила загрязняющие вещества, такие как 2,4-дихлорфенол, которые, вероятно, были сброшены промышленностью, а также пестициды и продукты их распада, такие как хлортолурон, которые были сброшены непосредственно в воду с сельскохозяйственных угодий.

«Концентрации этих химикатов не являются необычно высокими, но типичны для европейских рек», — говорит Беата Эшер. «Они не привели к гибели рыбы, но вместе с водорослевыми токсинами они могут привести к дополнительному стрессу для водных организмов».

Исследователи использовали коэффициент риска RQ для анализа степени этого стресса и, следовательно, риска обнаруженных загрязняющих веществ для водных организмов. RQ определяется как отношение измеренной концентрации загрязняющего вещества к его прогнозируемой неэффективной концентрации (PNEC). Если RQ превышает значение 1, загрязняющее вещество может влиять на водную жизнь.

Исследователи суммировали RQ обнаруженных химических веществ и получили коэффициенты риска смеси (RQmix) от 16 до 22 в местах отбора проб.

«Все значения RQmix значительно превышают пороговое значение 1, что указывает на потенциальный риск для водных организмов от загрязняющих веществ», — говорит соавтор и специалист по химии воды доктор Стефани Спар из IGB.

В модель были включены только 30 органических микрозагрязнителей, хотя в реке, вероятно, присутствуют тысячи органических химикатов. Химические коктейли, извлеченные из образцов воды, также показали явные эффекты в лабораторных экспериментах с водорослями, водяными блохами и эмбрионами данио-рерио, которые считаются обычными моделями для водных организмов.

Исследователи изучили, как эти загрязняющие вещества и примнезины, обнаруженные в Одере, взаимодействуют в виде смесей в водных экстрактах, используя нейротоксическое воздействие на нервные клетки человека in vitro.

«Этот тест, который обычно используется в биоанализе и оценке качества воды, не направлен на оценку риска для здоровья человека, а скорее на выявление комплекса эффектов нейротоксичных химических веществ», — говорит Беата Эшер.

Доцент д-р Элизабет Варга, аналитик пищевых продуктов и окружающей среды в VetMedUni Vienna, предоставила стандарт водорослевого токсина, который очень похож на примнезины, обнаруженные в Одере. Анализы in vitro проводятся в UFZ в автоматизированном высокопроизводительном скрининге на современной технологической платформе CITEPro в очень малых объемах.

«Поэтому стало возможным протестировать этот стандарт примнезина и другие обнаруженные микрозагрязнители, а также водные экстракты напрямую», — говорит Беата Эшер. Даже при очень низких концентрациях в наномолярном диапазоне примнезины укорачивали отростки нервных клеток, которые отвечают за передачу сигнала, и убивали клетки.

Кроме того, были проанализированы многие органические микрозагрязнители, количественно обнаруженные в водных экстрактах: несколько веществ оказались нейротоксичными, но в значительно более высоких дозах.

«Благодаря моделированию смеси и сравнению нейротоксичности, измеренной в экстрактах, мы смогли показать, что примнезины доминируют в нейротоксическом эффекте. Однако микрозагрязнители, которые мы обнаружили, также способствовали этому», — говорит Элизабет Варга. Однако воздействие загрязнения на водные организмы в реках, таких как Одер, в конечном итоге может быть гораздо сильнее.

«Примнезины имеют очень высокую долю в эффектах коктейля, которые усугубляются микрозагрязнителями. Это оказывает еще большее давление на всю экосистему Одера, которая и так находится под большим стрессом», — говорит Беата Эшер.

Профессор, доктор Луиза Орсини, соавтор и профессор кафедры эволюционной системной биологии и экологической омики в Университете Бирмингема, добавляет: «Более высокие температуры и экстремальные погодные явления, вызванные изменением климата, могут сделать такое токсичное цветение водорослей еще более опасным для внутренних и морских вод, а также для населения».