Ekotoksykologia

obowiązkowe

Uczestnicy zajęć z ekotoksykologii zapoznają się z tematyką wpływu substancji obcych w środowisku (ksenobiotyki) i substancji pochodzenia naturalnego na organizmy oraz na miejsce ich występowania. Omówione zostaną szczegółowo problemy związane z obecnością rozmaitych substancji w środowisku i ich wpływ na populacje, biocenozy i zespoły wielogatunkowe różnych organizmów. Poruszone zostaną problemy biokumulacji i biomagnifikacji różnych substancji obecnych w środowisku naturalnym.Omówiony zostanie wpływ ksenobiotyków na zmiany zachowań organizmów, ze szczególnym uwzględnieniem roli skażeń środowiska jako czynnika selekcyjnego. Poruszone zostaną problemy związane z wpływem różnych czynników środowiskowych na efekty działania ksenobiotyków. Szczególną uwagę poświęci się omówieniu obiegu radionuklidów i konsekwencjom obecności nanocząsteczek, cieczy jonowych i kryształów jonowych w środowisku. Omówione zostaną procesy zmian behawioru organizmów pod wpływem ksenobiotyków obecnych w środowisku.

w sali

Tematyka wykładów i ćwiczeń dotyczy głównie wpływu ksenobiotyków na środowisko biotyczne na poziomie ponadorganizmalnym, tj. na populacje, zespoły wielogatunkowe oraz całe biocenozy. Zagadnienia oddziaływania na poziomie suborganizmalnym (dominujące w programie zajęć z „Toksykologii”) zostaną ograniczone do minimum i służyć będą jedynie do interpretacji zjawisk obserwowanych na wyższych poziomach.

Wykłady

1. Biomagnifikacja- zjawisko powszechne czy sporadyczne?

Wykład jest uzupełnieniem bloku ćwiczeniowego. Wykazuje, iż relatywnie niewielka liczba ksenobiotyków podlega wzrostowi koncentracji w łańcuchach pokarmowych. Omawiane są przyczyny błędnej interpretacji tego zjawiska – np. nieodpowiedni dobór porównywanych ogniw łańcucha pokarmowego. Wyjaśnione zostaną mechanizmy zróżnicowanej kumulacji ksenobiotyków, m.in. na przykładzie koncepcji Dallingera i Hopkina.

2. Zmiany behawioru kręgowców pod wpływem ksenobiotyków środowiskowych.

Omówione zostaną konsekwencje takich zmian na poziomie populacji i zgrupowań wielogatunkowych. Zmiany te mogą powodować m. in. ograniczenie przeżywalności młodych osobników wskutek nieprawidłowej opieki lub zwiększonej agresji matek w stosunku do potomstwa. Efektem finalnym jest zaburzenie struktury wiekowej populacji, aż do całkowitego odwrócenia piramidy wiekowej. Omówiony też będzie wpływ zmian behawioru na zaburzenia struktury dominacji. czy zaburzenia rozrodu (spowodowane na przykład nieprawidłowymi zachowaniami godowymi czy zachowaniami terytorialnymi)

3. Skażenia jako czynnik selekcyjny: oddziaływania na poziomie populacji i zgrupowań wielogatunkowych – na przykładzie wybranych lądowych zwierząt bezkręgowych

Wykład jest uzupełnieniem bloku ćwiczeniowego. Zaprezentowane zostaną przystosowania bezkręgowców do życia w warunkach silnego skażenia ksenobiotykami. W przypadku dalszego pogarszania się warunków środowiskowych przystosowania takie umożliwiają niektórym gatunkom osiąganie istotnej przewagi w konkurencji z początkowo współwystępującymi gatunkami. Omówione zostaną przykłady takiej selekcji i adaptacji do życia na obszarach o wysokiej koncentracji ksenobiotyków.

4. Wpływ abiotycznych i biotycznych czynników środowiskowych na efektywność działania ksenobiotyków.

Wykład stanowi wprowadzenie do ćwiczeń. Omówiona zostanie rola niektórych czynników abiotycznych (np. światła, zmieniającego się pH czy obecności innych toksycznych pierwiastków). Na wybranych przykładach przedstawiony zostanie także wpływ organizmów na zwiększanie lub ograniczanie biodostępności ksenobiotyków.

5. Ekologiczne konsekwencje cyrkulacji radionuklidów w środowisku.

Omówione zostaną:

- włączanie radionuklidów (cez-137, potas-40, radon) do łańcuchów pokarmowych, na różnych poziomach troficznych,

- zależność toksyczności wybranych radionuklidów od obecności innych pierwiastków,

- rola grzybów jako ekologicznych filtrów broniących przed intoksykacją,

- rola mikoryzy w cyrkulacji pierwiastków radioaktywnych.

6. Ekotoksykologiczne oddziaływanie ksenobiotyków najnowszej generacji: nanocząstek, cieczy jonowych i kryształów jonowych.

Wykład jest uzupełnieniem bloku ćwiczeniowego. Omówione będzie skażenie osadów dennych nanocząstkami i w konsekwencji ich wpływ na zmiany struktury zespołów organizmów zasiedlających strefy przydenne: makrofitów wodnych, glonów, bezkręgowców i ryb. Zaprezentowane także zostanie toksyczne oddziaływanie cieczy i kryształów jonowych na bakterie, grzyby, glony oraz rośliny wyższe.

7. Zmiany behawioru bezkręgowców pod wpływem ksenobiotyków środowiskowych

Wykład jest uzupełnieniem bloku ćwiczeniowego. Omówione będą, spowodowane obecnością ksenobiotyków, zaburzenia odczytu sygnałów środowiskowych. Przykładem mogą być utrudnienia w identyfikacji wydzielanych przez ryby drapieżne kairomonów, a zatem zwiększone zagrożenie dla bezkręgowców (zaburzenie relacji drapieżnik - ofiara).

Ćwiczenia

1 i 2.

Studenci wykażą, iż zjawisko biomagnifikacji (wzrostu koncentracji ksenobiotyka na coraz wyższych piętrach piramidy pokarmowej) ma znacznie mniej uniwersalny charakter niż się powszechnie uważa. Przeprowadzone zostaną mineralizacje próbek bezkręgowców reprezentujących różne poziomy troficzne (poziom roślinożerców, detrytusożerców, drapieżników, itd). Zwierzęta będą pozyskane na silnie skażonych terenach w pobliżu KGH „Bolesław” koło Olkusza, a oznaczenia Pb i Cd przeprowadzone będą metodą AAS Odpowiedź uzyskają studenci wyliczając współczynnik biomagnifikacji (BMF), a jeśli ołów i kadm nie ulegają biomagnifikacji – to drapieżniki wcale nie muszą być największymi kumulatorami tych metali...

3 .

Studenci będą badali dwa gatunki dżdżownic; jeden żyje w warstwie przypowierzchniowej gleby (gdzie gromadzi się 80-90% ksenobiotyków), a drugi – znacznie głębiej. Dżdżownice złowione zostaną na terenie o silnym zanieczyszczeniu chlorowanymi węglowodorami. Oba gatunki będą hodowane w glebie skażonej CHs (różne warianty koncentracji, ale skażenie jednolite w całej masie gleby danego wariantu). Określona zostanie przeżywalność osobników i kumulacja CHs. Eksperyment powinien udowodnić, że pierwszy gatunek dysponuje adaptacjami, umożliwiającymi przeżycie w warunkach silnego skażenia.

4. i 5.

Celem ćwiczeń jest poznanie na wybranych przykładach modyfikacji przyswajania ksenobiotyków przez organizmy w zależności od innych czynników środowiskowych. Studenci zbadają włączanie radiocezu do tkanek roślin w zależności od pH podłoża i zawartości w nim potasu i wapnia, a także rolę mikoryzy w ograniczaniu akumulacji cezu w roślinach. Zbadają również znaczenie światła w toksyczności nanocząstek dwutlenku tytanu dla wybranych organizmów (glony, rośliny, grzyby) oraz rolę dżdżownic w zmniejszaniu biodostępności nanocząstek metalicznych dla roślin.

6.

Celem zadań eksperymentalnych jest zbadanie toksyczności ksenobiotyków najnowszej generacji (nanocząstek, cieczy i kryształów jonowych) w zależności od sposobu ich oddziaływania: bezpośredniego lub pośredniego. Przewiduje się:

- badanie skażeń nanocząstkami osadów dennych oraz ich wpływ na fizjologię makrofitów wodnych w porównaniu ze skażeniem bezpośrednim;

-badania toksyczności nanocząstek srebrowych dla roślin motylkowych w zależności od inokulacji ich korzeni;

- wykorzystanie grzybni jako matrycy adsorbującej tosksykanty;

- badania toksyczności cieczy i kryształów jonowych dla zespołów bakterii, glonów, grzybów lub roślin.

Liczba realizowanych zadań będzie zależna od liczebności grup studenckich.

7.

Studenci zbadają ograniczenie reakcji skorupiaków-ofiar na obecność kairomonów wydzielanych do środowiska wodnego przez ryby-drapieżniki. Czynnikami zaburzającym reakcję będą 3-4 wybrane ksenobiotyki.

Walker C.H., Hopkin S.P., Sibly R.M., Peakall D.B. 2002 - Podstawy ekotoksykologii – PWN,

Laskowski R., Migula P. 2004- Ekotoksykologia od komórki do ekosystemu – PWRiL

Manahan S. 2006 Toksykologia środowiskowa, PWN

Siemiński M. 2001 – Środowiskowe zagrożenia zdrowia PWN

Siemiński M 2007 –środowiskowe zagrożenia zdrowia. Inne wyzwania –PWN

Alloway B., Ayres D. 1999 –Chemiczne podstawy zanieczyszczenia środowiska

Seńczuk W. (red,) 2002 – Toksykologia –PZWL

Kabata-Pendias A., Pendias H. 1979 – Pierwiastki śladowe w środowisku biologicznym

K-W01 - ma podstawową wiedzę z matematyki, fizyki, chemii oraz statystyki pozwalające na rozumienie, opisywanie i interpretowanie zjawisk przyrodniczych,

K-W02 - ma wiedzę w zakresie podstawowej terminologii stosowanej w ochronie środowiska przyrodniczego i ekologii. Zna przebieg podstawowych procesów ekologicznych,

KW-04 - wie, że eksperyment jest podstawą naukową poznania świata, K-W05 - zna fundamentalne teorie naukowe w zakresie nauk przyrodniczych, K-W06 - ma wiedzę w zakresie najważniejszych problemów ochrony przyrody oraz zna ich powiązania z innymi dyscyplinami przyrodniczymi,

K-W07 - zna globalne problemy środowiskowe oraz zastosowanie ekologii w praktyce ochrony przyrody i kształtowania środowiska,

K-W09 - identyfikuje najważniejsze zagrożenia stanu środowisk wodnych, lądowych i atmosfery,

K-U04 - stosuje podstawowe techniki analityczne wykorzystywane do oceny stanu środowiska,

K-U05 - potrafi interpretować podstawowe wskaźniki stanu środowiska,

K-U07 - wyszukuje w internecie i ze zrozumieniem czyta najważniejsze aktualne akty prawne z zakresu ochrony środowiska i ochrony przyrody,

K-U011 - tworzy pod kierunkiem opiekuna właściwie udokumentowane opracowania zagadnień szczegółowych związanych z różnymi aspektami ochrony środowiska wykorzystując metody statystyczne i matematyczne do analizy i interpretacji danych,

K-U012 - czyta ze zrozumieniem teksty z zakresu nauk o środowisku,

K-U013 - potrafi zaplanować i zastosować odpowiednie metody i techniki badawcze do rozwiązywania zadanego problemu z dziedziny ochrony środowiska,

K-U017 - potrafi samodzielnie studiować poleconą literaturę i korzystać z zasobów internetowych,

K-K01 - ma świadomość odpowiedzialnego stosowania zasad bezpieczeństwa i higieny w pracy i w warunkach zagrożenia,

K-K02 - wykazuje potrzebę poszerzania i stałego aktualizowania wiedzy z zakresu o środowisku oraz podnoszenia kompetencji zawodowych,

K-K04 - rozumie konieczność stosowania zasad zrównoważonego rozwoju w życiu codziennym oraz gospodarce,

K-K05 - potrafi współpracować w grupie podczas wykonywania zadań badawczych,

K-K08 - podejmuje aktywność w kwestiach ochrony środowiska przyrodniczego

sprawdzian pisemny; kryterium oceny – liczba uzyskanych punktów (zalicza 51 %)

zaliczenie na ocenę