$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Поступление стрессоров окружающей среды в природные водоемы может влиять на здоровье водной экосистемы1. Воздействие этих экологических стрессоров может влиять на выживание или приспособленность водных организмов через различные механизмы токсичности, включая прямое воздействие (как краткосрочное, так и долгосрочное)2. Следовательно, стандартизированные лабораторные биотесты для оценки токсикологических конечных точек, связанных с физической формой и выживаемостью, могут быть ненадежной оценкой многих косвенных эффектов стресса в полевых условиях. Кроме того, изменения нормальных физиологических уровней и воздействие на индивидуумов, например, с точки зрения захвата добычи, могут быть более эффективными долгосрочными индикаторами воздействия на выживание и репродуктивную приспособленность организмов и, в конечном счете, на здоровье экосистемы. Прогнозирование изменений в составе и функционировании экосистемы, а также в состоянии здоровья организма на основе известного набора параметров окружающей среды и концентраций загрязняющих веществ имеет важное значение для совершенствования управления загрязнением1.
Биомаркеры определяются как биохимические, физиологические или гистологические изменения, вызванные либо воздействием ксенобиотических химических веществ, либо их воздействием 4,5. Биомаркеры оказались очень полезными в качестве сигналов раннего предупреждения 4,5. Важный вопрос, на который помогают ответить биомаркеры, заключается в том, присутствуют ли определенные стрессоры в достаточно высоких концентрациях в окружающей среде, чтобы вызвать неблагоприятные эффекты. Эта информация способствует оценке того, стоит ли расследовать характер и масштабы ущерба и причинных факторов или же в этом случае не следует вкладывать больше ресурсов 6,7,8. Более того, поскольку концепция оценки одного биомаркера в качестве биоиндикатора может быть недостаточной 5,7,8,9,10, наблюдается растущая тенденция к проведению комплексной оценки множественных биомаркеров с целью выявления ранних предупреждающих признаков и, таким образом, предотвращения необратимых последствий для экосистем.
Очень важно отметить, что все токсические эффекты начинаются с взаимодействия стрессора с биомолекулами. В этом смысле эффекты могут каскадом распространяться по биохимическому, субклеточному, клеточному, тканевому, органному, индивидуальному, популяционному, общинному, экосистемному, ландшафтному и биосферному уровням организации. Клетки являются основным местом взаимодействия между стрессорами окружающей среды и биологическими системами. Таким образом, понимание молекулярных и генетических эффектов позволяет исследователям связывать низкий и высокий уровни экологической организации и помогает прогнозировать влияние загрязнителей окружающей среды, например, на здоровье человека, которые ещене были проверены. Более того, благодаря высокой специфичности клеток, они полезны не только для оценки загрязнителей окружающей среды, но и здоровья человека 5,11. Таким образом, понимание эффектов стрессоров на биохимическом уровне может дать представление о причинах наблюдаемых эффектов и позволить связать их с причинами на следующем более высоком уровне. Кроме того, понимая биохимические механизмы стрессоров, можно предсказать эффекты новых стрессоров, которые еще не были токсикологически оценены, в отношении других хорошо известных загрязнителей на основе их сходства в функциях. В присутствии различных стрессоров окружающей среды генетические и биохимические биомаркеры могут предоставить ценную информацию о конкретных наблюдаемых эффектах. В дополнение к этому, гистохимические оценки, связанные с биохимическими изменениями, могут предоставить информацию о токсикодинамике. Короче говоря, необходим комплексный анализ клеточных, биохимических и гистологических биомаркеров10,12, а этот вид анализа, в свою очередь, должен быть включен в программы биомониторинга местных видов 5,13,14.
Тем не менее, изучение биомаркеров в лабораторных условиях может представлять некоторые трудности, включая трудности в выявлении сублетальных эффектов и хронических воздействий после воздействия загрязнителей, а также в валидации и стандартизации используемых методов, а также сложные реакции, зависящие от времени или дозы, неясные или неопределенные связи с приспособленностью и отсутствие интегрированных механистических моделей. 4. Для решения этих проблем решение состоит не в увеличении числа измеряемых биомаркеров, а в тщательной разработке исследований и проверяемых гипотез, которые способствуют объяснению механистических основ химических воздействий на целыеорганизмы.
Новые вопросы в экотоксикологии подчеркивают важность применения батареи биомаркеров для создания экотоксикологических прогнозов, которые улучшают интерпретацию воздействия экологических стрессоров на организмы, а также принятие решений об их возможном воздействии. Более того, важность объединения обоих понятий – биомаркеров и биоиндикаторов – в оценке экологических рисков и биомониторинге заключается в том, что это позволит исследователям определить, являются ли организмы в конкретной окружающей среде, представляющей интерес, физиологически нормальными или подверженными стрессу. Подход, использованный в этом исследовании, напоминает биохимический анализ, который проводится на людях. В этом смысле батарея биомаркеров может быть проанализирована, чтобы увидеть, здоров ли организм как в полевых условиях, так ив лаборатории. Наконец, биомаркеры будут способствовать оценке экологического риска двумя способами: (1) оценка воздействия редких и/или долгоживущих видов и (2) проверка гипотез о механизмах химического воздействия на различных уровнях биологическойорганизации.
В последнее десятилетие биомаркеры были использованы у бесхвостых для биомониторинга воздействия цитотоксических и генотоксических загрязнителей. Среди них наиболее часто используются такие методы, как анализ микроядер (MN) и анализ комет или индукция одноцепочечных разрывов ДНК с помощью анализа гель-электрофореза для одиночных клеток (SCGE). Кроме того, эти методы были успешно использованы для оценки повреждений ДНК, вызванных различными стрессорами окружающей среды у нескольких неотропических бесхвостых 14,15,16,17,18,19. Другие биомаркеры могут быть использованы для изучения изменений окислительного статуса в организмах, подвергшихся воздействию загрязнителей окружающей среды 16,17,18,19. Окислительный стресс является ответной реакцией на воздействие различных ксенобиотиков, приводящей к ряду пагубных последствий, в том числе на антиоксидантную способность облученных лиц 5,6,7,19,20.
В экотоксикологических исследованиях используются биоиндикаторные виды, потому что они являются организмами, которые идентифицируют долгосрочные взаимодействия и неблагоприятные эффекты экологических стрессоров на более высоких организационных уровнях (например, на уровне организмов, популяций, сообществ и экосистем)10,20,21. Интегрируя эти два понятия – биомаркеры и биоиндикаторы – виды могут быть проверены для широкого определения биохимических, физиологических или экологических структур или процессов, которые коррелируют или связаны с измеряемыми биологическими эффектами на одном или нескольких уровнях биологической организации. Наконец, большая проблема использования обеих концепций для улучшения оценок токсичности стрессора связана с анализом биомаркеров и биоиндикаторов, которые имеют высокую полезность при оценке экологических рисков. В этом смысле существует консенсус относительно актуальности использования биомаркеров и биоиндикаторов в качестве ранних предупреждающих признаков, поскольку они предоставляют актуальную информацию о реакции тестового организма настрессоры окружающей среды.
Амфибии являются одной из наиболее угрожаемых и быстро сокращающихся групп организмов во всем мире. Одной из основных причин этого снижения являются загрязняющие вещества, которые попадают в их среду обитания, такие как пестициды, металлы и новые загрязнители 22,23,24,25. Бесхвостые имеют несколько характеристик, которые делают их полезными в качестве биоиндикаторных видов, таких как их проницаемая кожа, тесная связь с водой и чувствительность к загрязнению окружающей среды 2,23,24. Эти характеристики делают амфибий эффективными биоиндикаторами состояния окружающей среды 7,8,22,23,24,26.
Тем не менее, необходимо не только рассмотреть вопрос об оптимизации основных процедур и генерировании исторических данных в контрольных группах, но и использовать специальные биоанализы для оценки реакций органов и тканей с целью выяснения характера и вариации эффектов, наблюдаемых в биоиндикаторах. В этом смысле настоящая работа направлена на описание нескольких экотоксикологических методологий, которые должны быть использованы на всех стадиях развития неотропических бесхвостых на разных экологических уровнях и валидировать их в качестве полезных биомаркеров для использования как в дикой природе, так и в лабораторных условиях. В этой работе представлена батарея биомаркеров, которые могут быть интегрированы и которые были доказаны для лабораторного биомониторинга и биомониторинга дикой природы у бесхвостых, подверженных воздействию стрессоров окружающей среды.