הצטברות ביולוגית

הצטברות ביולוגית (באנגלית: Bioaccumulation) או צבירה ביולוגית היא הצטברות של מיני חומרים רעילים, כמו חומרי הדברה, דיאוקסינים מתכות כבדות או מזהמים אורגניים עמידים באורגניזם ביולוגי. דבר זה מתרחש כאשר היצור החי צובר את החומר הזר בקצב גבוה יותר מאשר קצב ההפטרות או ההתפרקות של אותו חומר. דבר זה מעלה את הסיכוי להצטברות החומר ברקמות הגוף ולהתפתחות בעיות שונות כמו הרעלה, סרטן, בעיות פוריות, בעיות במערכת החיסון, או אפקט טרטוגני. הצטברות ביולוגית אופיינית בקרב חומרים המסיסים בשומן.

300px|ממוזער|טקסט=הצטברות ביולוגית והגברה ביולוגית של כספית|הצטברות ביולוגית והגברה ביולוגית של כספית בסביבה ימית. ריכוז הכספית במים נמוך אבל הוא עולה במעלה מארג המזון. אכילת דגים או יצורים שחיים במעלה מארג המזון באזור מזוהם בכספית עלולה לגרור הרעלת כספית מסוכנת.
הגברה ביולוגית "ביו-מגניפיקציה" - Biomagnification היא מונח דומה המציין גידול בריכוז של רעלים שונים ככל שעולים במעלה שרשרת המזון. דבר זה מתרחש כאשר יצורים חיים אוכלים צמחים המכילים רעלים או אוכלים יצורים אחרים. הדבר מתרחש הן בסביבה היבשתית והן בסביבה הימית. בסביבה המימית החומר הרעיל מתרכז בפלנקטון צמחי שמסנן אותו מתוך המים. לאחר מכן הפלנקטון הצמחי נטרף על ידי פלקנטון בשרי, ולאחר מכן על ידי יצורים זעירים ובהמשך על ידי דגים קטנים, ועל ידי דגים גדולים יותר. בראש שרשרת המזון, בקרב בני אדם, ובעלי חיים טורפים ריכוז החומר הרעיל יכול להיות גבוה באלפי מונים לעומת ריכוז החומר הרעיל במים או בקרב שכבת הייצור הראשוני. הדבר פוגע בבריאות של בני אדם, בבריאותם של בעלי חיים ומוביל גם לפגיעה במערכת אקולוגית.

דוגמאות להצטברות ביולוגית
מתכות כבדות
קיימות דוגמאות שונות להצטברות ביולוגית שהובילה להרעלת עובדים בתעשיות שונות. הביטוי באנגלית "משוגע כמו כובען" ("as mad as a hatter") והדמות של הכובען המטורף מהספר אליס בארץ הפלאות שכתב לואיס קרול, מבוססים על שימוש בכספית בייצור הכובעים במאות ה-18 וה-19. הכספית יכולה להפוך למתיל-כספית שמתמוססת בשומן ונוטה להצטבר במוח, דבר שגורם להרעלת כספית. בעיה דומה הייתה קיימת בקרב צורפים (מחלת הצורפים) צורף שעבדו עם כספית לשם תרכובות להפקת זהב ומתכות יקרות אחרות. מקרה מפורסם של הרעלת כספית עקב הגברה ביולוגית היא הרעלת הכספית שהתרחשה ביפן ב-1959 והרגה מאות אנשים. 

בשנות ה-20 נחשף מקרה נערות הרדיום - עובדות שחלו בהרעלת קרינה מצביעת לוחות שעון בצבע זוהר בחושך ב-3 מפעלים בבעלות "חברת הרדיום האמריקנית" (United States Radium Corporation). העובדות, שנאמר להן שהצבע אינו מזיק, ליקקו קצוות של מברשות צבע כשיטה לעצב את חוד המברשת, כמה מהן נהגו לצבוע את ציפורניהן ושיניהן בחומר הזוהר. עקב הצטברות ביולוגית החומר התרכז בגופן בכמויות קטלניות של רדיום. חברת הרדיום ניסתה להסתיר את הנזק לעובדות גם לאחר שאלו החלו לחלות במחלות חמורות ולמות, רופאים ורופאי שיניים סייעו בתחילה לחברת הרדיום וטענו כי העובדות חלו במחלות מין. 

רעלים אחרים שהם מסיסים בשומן כוללים תרכובות Tetraethyllead, שהיא העופרת שהיו נוהגים להוסיף כתוסף לבנזין וחומר ההדברה DDT. חומרים אלה מצטברים ברקמות שומניות בגוף וכאשר הגוף מפרק את השומן כדי לצרוך את האנרגיה הצבורה בו, הרעלים משתחררים וגורמים הרעלה חמורה.

סטרונציום-90 (Strontium-90) שהוא חלק מהנשורת הגרעינית של פצצות אטומיות, הוא דומה מספיק מבחינה כימית לסידן. הוא נקשר לעצמות והקרינה הרדיואקטיבית שלו יכולה לגרום נזק במשך זמן רב.

חומרים אורגניים עמידים
PFAS היא קבוצה של כמה אלפי כימיקלים המיוצרים באופן סינתטי הכוללים פחממנים המותמרים על ידי קבוצות פלואור מרובות. מחקרים אפידמיולוגיים הראו כי תרכובות אלו מצטברות בגוף האדם ועלולות לגרום נזקים בריאותיים כמו: הגברת הסיכון לתחלואה בסרטן הכליה וסרטן האשכים, פגיעה במערכת החיסונית, עלייה ברמת הכולסטרול, ופגיעה בעוברים. המזהמים בקבוצה זו נודדים למרחקים ארוכים הרחק ממוקדי הזיהום, יציבים מאוד בסביבה, ומצטברים ברקמות ביולוגיות בסביבה ובגוף האדם. מקור החומרים הוא בתהליכי ייצור שונים כמו במהלך ייצור טפלון לציפוי מחבתות החל משנות ה-50. עם זאת החברות היצרניות של חומרים אלה הסתירו את הנזק הנגרם מהן במשך עשרות שנים והנושא נחשף רק בשנות ה-2000 עקב תביעות משפטיות. 

חומרים אלה מקורם ביצירת ציפויים מוצרים העמידים בפני חום, שמן וכתמים כולל בציפויי מחבתות וסירים, כתוספים דוחי שמן ומים, בבגדים, באריזות מזון ובחומרי בידוד של חוטי חשמל. בנוסף, משמשות תרכובות אלה גם כמעכבי בעירה בקצפי כיבוי המשמשים לכיבוי שריפות של נוזלים דליקים (כגון דלקים) ולכן נעשה בהן שימוש נרחב בנמלי תעופה אזרחיים וצבאיים. בשנים האחרונות נמצאו תרכובות ממשפחת ה-PFAS ברחבי העולם במקורות מים ובמערכות אספקת מי שתייה, כולל גם בישראל. 

מאז שנת 2000, התפרסמו מאות מאמרים מדעיים שעברו ביקרות עמיתים בנושא PFAS.  המחקרים הראו ש-PFAS רבים הם רעילים, לא מתפרקים במלואם בסביבה, ובעלי תכונה של הצטברות ביולוגית בגופם של אנשים ובעלי חיים ברחבי העולם. כמה מחקרים גילו PFAS ב-99% מהאנשים שנבדקו. אחרים מצאו PFAS בחיות בר, כולל דובי קוטב, דולפינים וכלבי ים.

רעלנים טבעיים
גם רעלים טבעיים עלולים לעבור הצטברות ביולוגית. "גאות אדומה" היא תופעה של פריחת אצות ימיות. בעלי חיים ימיים המסננים פלנקטון כמו צדפות עלולים להפוך לרעילים. דגי שונים שאוכלים אצות המכילות את הרעלן Ciguatoxin עלולים לגרום להרעלת מזון בבני אדם שנקראת סיגואטרה. הסיגואטוקסין הוא חסר ריח, חסר טעם ולא ניתן להסירו מן המזון בבישול. אכילת דגים טורפים, הנמצאים סמוך לראש שרשרת המזון באזורי ים טרופיים וסובטרופיים מגבירה את הסיכוי לחלות בסיגואטרה.

יש מיני בעלי חיים המנצלים את ההצטברות הביולוגית כסוג של הגנה. על ידי צריכה של צמחים רעילים או בעלי חיים רעילים. בעל החיים יכול לצבור את הרעל וכך להרתיע טורפים אחרים. דוגמה אחת היא העש "תולעת הטבק" (Tobacco hornworm) שמרכז ניקוטין עד לרמות רעילות גבול שלו תוך כדי אכילת עלי טבק.

יש מקרים שבהם חומרים שאינם נחשבים רעל בדרך כלל עוברים הגברה ביולוגית במעלה שרשרת המזון וכך הופכים רעילים. דוגמה קלאסית היא ויטמין A שהופך להיות מרוכז בכבד של בעלי חיים טורפים כמו דוב הקוטב. ילידים באזור הקרח ידעו כי אסור לאכול כבד של טורפים, אבל חוקרי-קוטב מערביים שאכלו את הכבד של דובי קוטב סבלו מ-Hypervitaminosis A והייתה דוגמה אחת לפחות של חוקר של הקוטב הדרומי שחלה במחלה זו עקב אכילת כבדים של כלבי האסקי. דוגמה לבעיה זו הייתה במשלחת של Sir Douglas Mawson.

במדינות רבות נהוג כיום לבצע ניטור של הצטברות ביולוגית של מתכות כבדות בקרב דגי-חוף וציפורי ים.

הצטברות ביולוגית וזיהום כימי במזון
ריכוז והגברה ביולוגית הן מנגנון חשוב לזיהום במזון בקרב בני אדם, בעיקר בקרב אנשים שאוכלים מזון מהחי לסוגיו. הסכנות העיקריות נובעות משאריות של מיני חומרי הדברה, כ-29 תרכובות של דיאוקסינים, וכן המתכות הכבדות ארסן, כספית ועופרת.

חומרים אלה גורמים להרעלות שונות ולנזקים למערכות כמו מוח, עצבים, כליות וכבד, הן גורם מסרטן וכן חשודות כטרטוגניות - פגיעה בעוברים. מנגנון הרעלה טיפוסי הוא זיהום סביבתי כלשהו (לדוגמה זיהום אוויר או זיהום מים) שמגיע לקרקע או למים ומשם לצמחים. בעלי חיים בחקלאות כמו פרות, כבשים או תרנגולות אוכלים מזון צמחי מזוהם ומרכזים אותו בגופם. המזון הצמחי יכול להיות גם מזון תערובת שיכול להגיע לבעלי חיים שמגודלים אלפי קילומטרים ממקור הזיהום. יש מקרים בהם יכולה להיות הצטברות ביולוגיות נוספת כאשר חלקי בעלי חיים משמשים לשם העשרת תערובות שניתנות לבעלי חיים במשקים מתועשים (מחלת הפרה המשוגעת, קרוציפלד-יעקב לדוגמה החלה כאשר חלקי מוח של פרות ניתנו כהעשרת מזון לפרות אחרות). הזיהום יכול לעבור הלאה לבני אדם דרך מזונות מהחי כמו חלב, ביצים או בשר.

השלכות הצטברות ביולוגית על המערכת האקולוגית
השלכה ישירה של הצטברות ביולוגית היא איום שלה בהכחדת מיני טורפים שנמצאים בראש שרשרת המזון כמו כלבי ים, לוויתן קטלן, עופות דורסים, זאבים, שועלים, משפחת החתולים וכדומה. לדוגמה הרעלת נשרים בישראל בחומרי הדברה ורעלים שהושמו בפיתיונות נגד זאבים היא אחת הסיבות המרכזיות להיותם נתונים בסכנת הכחדה.

בעלי חיים בראש שרשרת המזון הם בעלי השפעה חשובה על המערכת האקולוגית בה הם נמצאים. יצורים אלה מווסתים את כמות הפרטים של היצורים שהם ניזונים מהם (רמות טרופיות נמוכות יותר. פגיעה באוכלוסיות הטורפים או ראש שרשרת המזון (עקב ציד או הרעלה) עלולה לגרום לתנודות חדות באוכלוסיית היצורים שמתחת להן להביא אותן לסף הכחדה ולגרום לערעור של המערכת האקולוגית כולה. כך לדוגמה ציד זאבים בצפון-ארצות-הברית הוביל לכך שמספרם ירד מאוד. הזאבים ניזונו מאוכלוסיית איילים שהייתה במקום ובהיעדר זאבים גדלה אוכלוסיית האיילים עוד ועוד. גידול אוכלוסין זה נמשך עד שהגיע האוכלוסייה למגבלה אחרת של המערכת האקולוגית - כמות המזון. נוצר מצב שבו בשטח נתון נמצאים איילים רבים אבל כמות המזון הזמינה להם נמוכה מאוד. דבר זה גרם לגוויעה ברעב בקרב איילים רבים, דבר שדרדר את האוכלוסייה לסף הכחדה. באופן כזה אוכלוסיית האיילים עלולה להגיע לסף הכחדה בעצמה, וכך לגרור שינויים גדולים ברמות האקולוגיות מתחתיה.

סקירת מחקרים שבוצעה בשנת 1994 על ידי Suedel ואחרים, לגבי מערכות ימיות מצאה כי הגברה ביולוגית היא מוגבלת יותר ממה שחשבו בעבר.
החוקרים מצאו כי חומרים רבים כולל מתכות וחומרים אורגניים אינם מצטברים במעלה שרשרת המזון. עם זאת נמצאה הגברה ביולוגית של חומרי ההדברה Toxaphene ו-DDT, תוצר הפירוק של DDT המוכנה DDE, קבוצת החומרים PCB והמתכות הכבדות מתיל-כספית, כספית וארסן. לגבי תרכובת אורגניות רבות נמצא כי יש מחסור במידע או שיעורי הצטברות ברמות שונות שלא הניבו תוצאה ברורה.Suedel, B.C., Boraczek, J.A., Peddicord, R.K., Clifford, P.A. and Dillon, T.M., 1994. ]http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8029491 Trophic transfer and biomagnification potential of contaminants in aquatic ecosystems[. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology 136: 21–89. ההצלחה של שיקום מינים דורסים בראש שרשרת המזון (bald eagles, peregrine falcons) בצפון יבשת אמריקה, שבאה על רקע איסור שימוש ב-DDT בחקלאות היא עדות נוספת לחשיבות הנושא. סקירת מחקרים של Gray משנת 2002 לגבי מערכות ימיות טענה כי לרוב המתכות אין בעיה של הצטברות ביולוגית וכי ברוב המקרים של חומרים אורגניים הבעיה נובת יותר מהצטברות ביולוגית ישירה (סינון הרעל מתוך הסביבה) ופחות מהגברה ביולוגית. קיימת בעיה מחקרית של ריכוזי שומן שונים בבעלי חיים שונים שמקשה על השוואה בין מינים שונים.Gray, J.S., 2002. Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist. Mar. Pollut. Bull. 45: 46–52

הערות שוליים

קישורים חיצוניים

קטגוריה:זיהום
קטגוריה:מזהמים אורגניים עמידים