Hoe beïnvloedt vervuiling dierlijke genetica?

Vervuiling in het milieu omvat verhoogde koolstof en andere chemicaliën in de lucht, afvoer van nutriënten in de landbouw, farmaceutische producten afval in aquatische systemen, lekkage van stortplaatsen, reservoirs van menselijke uitwerpselen, afval in terrestrische en aquatische systemen en alles in tussen. Hoewel het gemakkelijk is om het effect van afval op grote dieren te zien, zijn de potentieel schadelijke effecten op de genetica grotendeels onbekend. Bovendien, met de komst van genetisch gemodificeerde planten en dieren, is genetische vervuiling door gemodificeerde organismen in natuurlijke populaties een opkomend probleem.

Van chemische verontreinigende stoffen die hun weg vinden naar de systemen van dieren is aangetoond dat ze directe veranderingen in de genetische diversiteit veroorzaken. Een studie vond bijvoorbeeld blootstelling aan zware metalen van smelterijen in Finland en Rusland, evenals radioactieve isotopen van een nucleaire verwerking plant in Rusland om een ​​toename van de genetische diversiteit voor wilde populaties van de koolmees te veroorzaken en een tegengestelde afname van de populaties van de bonte vliegenvanger. Luchtvervuiling die in het milieu valt vanuit staalfabrieken in Hamilton, Ontario, is in verband gebracht met een toename van het aantal genetische mutaties in de nakomelingen van zowel meeuwen als muizen. Deze resultaten zijn niet gelokaliseerd. Vergelijkbare studies na het kernongeval in Tsjernobyl rapporteerden verhoogde mutatiesnelheden in vogel- en knaagdierpopulaties. Zware metalen zijn in verband gebracht met DNA-schade in vogel- en zoogdierpopulaties, die een verhoogd aantal genmutaties hebben laten zien in industriële gebieden. Er is geen verslag van fysieke, gedrags- of overlevingskansen bij deze soorten; maar effecten zijn gelokaliseerd tot slechts enkele generaties.

Milieuvervuiling veroorzaakt een aantal fysieke problemen bij dieren, waaronder verhoogde ziektecijfers, zoals kanker, en veranderde hormoonspiegels en reproductie; hoewel deze niet zijn gekoppeld aan een genetische verandering. Sinds het einde van de jaren tachtig wordt lichaamssymmetrie gebruikt als een indicator voor genetische en ontwikkelingsregelmatigheid. Asymmetrie is een fysieke verandering die genetische afwijkingen signaleert. Bij forel, muizen en vogels leidt milieuvervuiling tot asymmetrie, in de vorm van vergrote fysieke kenmerken aan één kant van het lichaam. Asymmetrie komt voor in alle delen van het lichaam, maar meer nog in eigenschappen zoals ornamenten die worden gebruikt om partners aan te trekken. Bij zwaluwen en zebravinken planten vogels met asymmetrische ornamenten zich minder voort en hebben hun nakomelingen lagere overlevingskansen. In eigenschappen die de voortplanting niet beïnvloeden, zoals voetgrootte bij eekhoorns en muizen en vingrootte bij forel, veroorzaakt asymmetrie een verhoogde gevoeligheid voor roofdieren en verminderde overleving. Genetisch suggereert asymmetrie ook een verminderde genetische diversiteit, wat leidt tot onvermogen om op de juiste manier op stress te reageren.

Genetische vervuiling treedt op wanneer wilde populaties zich vermengen met of worden aangetast door genetisch gemodificeerde organismen. Voor gewassen sterven wilde populaties uit wanneer ze worden weggeconcurreerd door populaties die zijn aangepast om resistent te zijn tegen chemicaliën en consumptie door insecten. Insectensoorten sterven ook lokaal uit en vertonen hogere mutatiesnelheden wanneer ze zich voeden met gewassen die genetisch gemodificeerd zijn om insecticiden te produceren. Dit suggereert dat mutaties en veranderde overleving kunnen optreden bij andere, grotere herbivoren. Bacteriën die op genetisch gemodificeerde gewassen in India leven, hebben een verhoogde resistentie getoond tegen antibiotica, waarvan er één overwegend wordt gebruikt voor de behandeling van tuberculose in de regio. Naarmate de bacteriële resistentie toeneemt, kan dit de verspreiding van ziekten in de menselijke populatie doen toenemen. Genetische vervuiling kan ook optreden door het paren van wilde en gemodificeerde organismen, waardoor hybriden ontstaan. Dit is gebeurd in de Verenigde Staten, India en in heel Europa met planten van mosterd tot raap, radijs, koolzaad en meer, maar de gevolgen van deze genetische veranderingen voor natuurlijke populaties moeten nog worden gezien.

Sommige dierpopulaties zijn gevoeliger dan andere voor de effecten van blootstelling aan vervuiling. Verhoogde gevoeligheid komt tot uiting in de vorm van frequentere ziekte en verminderde reproductiesnelheden. Deze effecten kunnen samen de uiteindelijke uitsterving van lokale, vatbare populaties veroorzaken. Bij muizen is de gevoeligheid voor ozonvervuiling gekoppeld aan hetzelfde chromosoom als de gevoeligheid voor zwaveldeeltjes. Dit suggereert een verhoogde kans op gelokaliseerd uitsterven in gevoelige populaties.

Milieuvervuiling heeft een aantal genetische effecten veroorzaakt in de microbiële gemeenschap, van antibiotica- en antischimmelresistentie tot toenemende microbiële diversiteit. Verhoogde hoeveelheden geneesmiddelen in watersystemen dagen microben uit om resistent te worden tegen een bredere klasse van antimicrobiële geneesmiddelen. Bijvoorbeeld e. coli geïsoleerd uit Shipyard Creek in South Carolina, die vervuild was door giftige metalen en ander industrieel afval, is resistent gebleken tegen negen verschillende klassen antibiotica. Naarmate microben in de omgeving veranderen en mogelijk virulenter en pathogeen worden, zal hun effect op de dieren waarmee ze in contact komen ook veranderen.