Tanda tangan biokimia untuk memprediksi bagaimana polusi kimia membahayakan keanekaragaman hayati

Setiap tahun, puluhan ribu bahan kimia memasuki pasar dan pada akhirnya lingkungan. Sementara sebagian besar senyawa ini menjalani pengujian keamanan sebelum persetujuan, efek jangka panjangnya pada satwa liar tetap sulit diprediksi. Untuk memperkirakan ancaman potensial mereka dengan lebih baik terhadap ekosistem, para peneliti di EAWAG telah mengeksplorasi tanda tangan biokimia yang menunjukkan tingkat stres kimia yang diderita ikan.

Diperkirakan antara 40.000 dan 60.000 zat kimia berada dalam sirkulasi reguler di seluruh dunia. Ketika industri terus berkembang, sejumlah besar obat -obatan, deterjen, pestisida, dan senyawa lain mencapai ekosistem setiap tahun. Ini terutama menyangkut Swiss, salah satu dari lima negara pengekspor bahan kimia teratas di dunia. Menilai dampak lingkungan suatu zat sebelum persetujuan pasar sangat penting. Namun sampai sekarang, memperkirakan efek jangka panjang dari polusi kimia pada lingkungan, terutama spesies mana yang paling rentan terhadap paparan, telah menjadi tantangan.

Dalam sebuah studi yang baru saja diterbitkan di Lingkungan Internasionalpara peneliti sekarang mengambil pendekatan baru untuk meningkatkan perkiraan tersebut. Mereka memeriksa bagaimana berbagai spesies ikan memproses secara alami dan menghilangkan bahan kimia dari tubuh mereka – kemampuan yang dapat menunjukkan spesies mana yang paling mungkin bertahan hidup di lingkungan yang tercemar.

“Kami melihat biotransformasi, suatu proses yang digunakan organisme untuk mengubah bahan kimia menjadi produk yang dapat diekskresikan”, jelas Marco Franco, ahli toksikologi lingkungan dan penulis pertama penelitian ini. Berkolaborasi dengan rekan -rekan dari departemen ekologi ikan dan kimia lingkungan EAWAG, ia fokus pada ekosistem air, yang sering menjadi reservoir bagi polutan lingkungan. Tim mempelajari lima spesies ikan dari berbagai lokasi di sepanjang aliran air Aare Swiss. “Alih -alih menggunakan metodologi tradisional dalam penelitian konservasi, kami mengeksplorasi apakah proses seluler yang mereka miliki secara umum dapat menunjukkan jika suatu spesies lebih atau kurang sensitif terhadap polusi”, catat Franco tentang pendekatan yang tidak konvensional para ilmuwan.

Kelima spesies, yang dipilih sebagai perwakilan khas dari komunitas perairan regional ini, berbagi mesin molekuler yang sama untuk mengubah bahan kimia. Namun, ketika menganalisis efisiensi mereka dalam menggunakannya, para peneliti menemukan variasi substansial. Yang mengejutkan awal mereka, spesies dengan aktivitas tertinggi, karenanya yang paling tangguh, adalah pemompakan – ikan invasif di sungai Swiss. “Ini tidak terduga, tetapi masuk akal,” kata Franco. “Spesies invasif perlu bertahan hidup di habitat yang tidak dikenal dan sudah dihuni, jadi menjadi lebih baik dalam mengatasi senyawa yang berpotensi beracun memberi mereka keuntungan.”

Paparan kimia menempatkan spesies dengan kapasitas biotransformasi yang rendah pada risiko

Para ilmuwan mendeteksi perbedaan yang lebih mencolok tergantung pada daerah di mana ikan diambil sampelnya. Individu dari daerah dekat zona pertanian atau industri, di mana tingkat polusi lebih tinggi, menunjukkan dua hingga sebelas kali lebih banyak aktivitas pemrosesan kimia daripada yang dari daerah yang kurang terganggu.

“Ini menunjukkan bahwa terpapar polutan dapat meningkatkan aktivitas biotransformasi hewan. Ini juga berarti bahwa mereka yang memiliki aktivitas rendah secara alami menghadapi stres yang lebih besar, karena bahan kimia menumpuk lebih banyak dan hewan harus menginvestasikan lebih banyak energi untuk menangani mereka. Ini membuat mereka Lebih rentan terhadap ancaman lain “, jelas Franco. Dalam ekosistem yang terdiri dari banyak spesies yang berbeda, populasi yang lebih sensitif ini berisiko lebih tinggi mengalami penurunan. Mengidentifikasi mereka lebih awal membantu strategi perlindungan yang disesuaikan dengan desain.

Implikasi untuk Persetujuan Pasar Kimia

Di luar konservasi keanekaragaman hayati, temuan penelitian ini juga membuka peluang untuk meningkatkan penilaian risiko bahan kimia baru selama proses persetujuan pasar. Pertimbangan keamanan saat ini sangat bergantung pada data dari hewan laboratorium yang dikenal sebagai spesies “model”, yang mungkin tidak secara akurat mencerminkan sensitivitas satwa liar. “Pertanyaan kuncinya adalah apakah hewan dan tumbuhan yang kami tujuan lindungi sebenarnya lebih atau kurang sensitif terhadap bahan kimia yang diberikan daripada spesies model tersebut”, menekankan Franco.

Pendekatan yang ia gunakan menawarkan solusi yang menjanjikan. “Our approach links biochemical data to ecosystem-wide predictions. That means that by measuring the biotransformation activity of a wild species and comparing it to the model data, we can determine whether a chemical is actually more or less harmful for animals in their natural environment . ” Ini akan memungkinkan untuk mengintegrasikan informasi ekologis dunia nyata ke dalam keputusan peraturan.

Mengurangi Pengujian Hewan dalam Penelitian Lingkungan

Metode yang mendasari penelitian ini juga mengurangi kebutuhan untuk pengujian hewan dalam penelitian lingkungan. Alih-alih studi skala besar yang melacak banyak hewan dari waktu ke waktu, pendekatan tanda tangan biokimia menggunakan data dari beberapa orang untuk menilai sensitivitas spesies terhadap polusi kimia. Ini dimungkinkan karena analisis fokus pada penanda pada tingkat sel, memungkinkan para ilmuwan untuk mengekstraksi data yang bermakna dari ukuran sampel kecil daripada mengandalkan studi populasi besar.

Namun demikian, para peneliti menekankan bahwa validasi lapangan sangat penting. “Pada akhirnya, kita perlu memantau ekosistem dari waktu ke waktu untuk mengkonfirmasi prediksi kita dan melihat bagaimana populasi spesies berevolusi dalam ekosistem tertentu”, menyimpulkan Franco. Sementara itu, timnya yakin bahwa pendekatan mereka dapat diterapkan secara luas di berbagai wilayah geografis untuk lebih menilai ancaman kimia terhadap keanekaragaman hayati.

Biotransformasi – Mesin seluler untuk eliminasi kimia

Biotransformasi adalah suatu proses di mana organisme hidup, seperti ikan, memecah zat yang berpotensi berbahaya menjadi produk yang dapat diekskresikan dari tubuh. Ini terjadi terutama dalam sel hati, insang, dan saluran pencernaan, dan melibatkan rantai reaksi biokimia. Dalam reaksi yang disebut “fase I”, molekul khusus yang disebut enzim memodifikasi bahan kimia dengan menambahkan gugus reaktif yang membuat bahan kimia lebih larut dalam air dan dengan demikian lebih mudah untuk ditangani oleh tubuh. Reaksi fase II kemudian menempelkan molekul yang lebih besar ke zat yang dimodifikasi, selanjutnya mempersiapkannya untuk eliminasi dari tubuh.

Proses ini merupakan bagian penting dari “defensome kimia” suatu organisme – seperangkat mekanisme biologis untuk mendeteksi, menetralkan, dan menghilangkan zat berbahaya dan melindungi organisme dari hasil toksik.

Franco, saya; Dutchman, J .; Schirmer, K. (2025) Kemampuan biotransformasi diferensial dapat mengubah keanekaragaman hayati ikan di perairan yang tercemar, Lingkungan Internasional195, 109254 (9 hal.), Doi: 10.1016/j.envint.2025.109254, repositori institusional

Klara Soukup