Jak zanieczyszczenia wpływają na genetykę zwierząt?

Zanieczyszczenie środowiska obejmuje zwiększony poziom węgla i innych chemikaliów w powietrzu, spływ substancji odżywczych z rolnictwa, farmaceutyki odpady w systemach wodnych, wycieki z wysypisk, zbiorników ludzkich odchodów, śmieci w systemach lądowych i wodnych oraz wszystko w pomiędzy. Chociaż łatwo jest zaobserwować wpływ śmieci na duże zwierzęta, potencjalnie szkodliwy wpływ na genetykę jest w dużej mierze niezidentyfikowany. Ponadto, wraz z pojawieniem się genetycznie zmodyfikowanych roślin i zwierząt, coraz większym problemem staje się genetyczne zanieczyszczenie populacji naturalnych przez zmodyfikowane organizmy.

Wykazano, że zanieczyszczenia chemiczne, które przedostają się do systemów zwierząt, powodują bezpośrednie zmiany różnorodności genetycznej. Na przykład jedno badanie wykazało narażenie na metale ciężkie z hut w Finlandii i Rosji, a także na izotopy promieniotwórcze z przetwarzania jądrowego roślin w Rosji, aby spowodować wzrost różnorodności genetycznej dzikich populacji bogatki i przeciwny spadek populacji sikory muchołówka. Zanieczyszczenie powietrza, które przedostaje się do środowiska z hut w Hamilton w Ontario, wiąże się ze wzrostem częstości mutacji genetycznych u potomstwa zarówno mew, jak i myszy. Te wyniki nie są zlokalizowane. Podobne badania po awarii jądrowej w Czarnobylu wykazały zwiększone wskaźniki mutacji w populacjach ptaków i gryzoni. Metale ciężkie powiązano z uszkodzeniami DNA w populacjach ptaków i ssaków, które wykazały zwiększoną liczbę mutacji genów na obszarach przemysłowych. Nie odnotowano zmian fizycznych, zachowania lub wskaźnika przeżywalności u tych gatunków; ale efekty zostały zlokalizowane tylko w kilku pokoleniach.

Zanieczyszczenie środowiska powoduje szereg problemów fizycznych u zwierząt, w tym zwiększone wskaźniki chorób, takich jak rak oraz zmienione poziomy hormonów i reprodukcja; chociaż nie zostały one powiązane ze zmianą genetyczną. Od końca lat 80. symetria ciała jest wykorzystywana jako wskaźnik prawidłowości genetycznej i rozwojowej. Asymetria to fizyczna zmiana, która sygnalizuje nieprawidłowości genetyczne. U pstrągów, myszy i ptaków zanieczyszczenie środowiska powoduje asymetrię w postaci powiększonych cech fizycznych po jednej stronie ciała. Asymetria występuje we wszystkich częściach ciała, ale bardziej w cechach, takich jak ozdoby używane do przyciągania partnerów. U jaskółek i zeberek ptaki z asymetrycznymi ornamentami rozmnażają się mniej, a ich potomstwo ma niższe wskaźniki przeżywalności. W przypadku cech, które nie wpływają na reprodukcję, takich jak rozmiar łap u wiewiórek i myszy oraz rozmiar płetw u pstrąga, asymetria powoduje zwiększoną podatność na drapieżniki i zmniejszenie przeżywalności. Genetycznie asymetria sugeruje również zmniejszoną różnorodność genetyczną prowadzącą do niezdolności do odpowiedniej reakcji na stres.

Zanieczyszczenie genetyczne występuje, gdy dzikie populacje mieszają się z organizmami zmodyfikowanymi genetycznie lub są przez nie dotknięte. Jeśli chodzi o rośliny uprawne, dzikie populacje wymierają, gdy konkurują z tymi, które zostały zmodyfikowane tak, aby były odporne na chemikalia i konsumpcję przez owady. Gatunki owadów również wymierają lokalnie i wykazują wyższe wskaźniki mutacji, gdy żywią się uprawami zmodyfikowanymi genetycznie w celu produkcji insektycydów. Sugeruje to, że u innych, większych roślinożerców mogą wystąpić mutacje i zmienione przeżycie. Bakterie żyjące na genetycznie zmodyfikowanych uprawach w Indiach wykazały zwiększoną odporność na antybiotyki, z których jeden jest powszechnie stosowany w leczeniu gruźlicy w regionie. Wraz ze wzrostem oporności bakterii może to spowodować wzrost rozprzestrzeniania się chorób w populacji ludzkiej. Zanieczyszczenie genetyczne może również wystąpić poprzez kojarzenie organizmów dzikich i zmodyfikowanych, tworząc hybrydy. Miało to miejsce w Stanach Zjednoczonych, Indiach i całej Europie z roślinami od gorczycy do rzepy, rzodkiewki, rzepak i nie tylko, ale konsekwencje tych zmian genetycznych dla naturalnych populacji nie zostały jeszcze poznane.

Niektóre populacje zwierząt są bardziej niż inne podatne na skutki narażenia na zanieczyszczenia. Zwiększona podatność przejawia się w postaci częstszych chorób i obniżonych wskaźników reprodukcji. Efekty te mogą się łączyć, powodując ostateczne wyginięcie lokalnych, podatnych populacji. U myszy podatność na zanieczyszczenie ozonem została powiązana z tym samym chromosomem, co podatność na cząsteczki siarki. Sugeruje to zwiększone prawdopodobieństwo miejscowego wyginięcia w podatnych populacjach.

Zanieczyszczenie środowiska spowodowało szereg efektów genetycznych w społeczności drobnoustrojów, od oporności na antybiotyki i środki przeciwgrzybicze po zwiększającą się różnorodność drobnoustrojów. Zwiększone ilości farmaceutyków w systemach wodnych zmuszają drobnoustroje do uodporniania się na szerszą klasę leków przeciwdrobnoustrojowych. Na przykład E. Coli wyizolowane ze stoczni Shipyard Creek w Południowej Karolinie, która była zanieczyszczona metalami toksycznymi i innymi odpadami przemysłowymi, okazała się odporna na dziewięć różnych klas antybiotyków. W miarę jak drobnoustroje w środowisku zmieniają się i potencjalnie stają się bardziej zjadliwe i chorobotwórcze, zmienia się również ich wpływ na zwierzęta, z którymi się stykają.