הצטברות ביולוגית

הגברה ביולוגית של המתכת כספית במערכת אקולוגית ימית. לאחר כמה רמות טרופיות, שבהן יצור אחד אוכל ייצור אחר, ריכוז הכספית בביצת העוף שנמצא במעלה שרשרת המזון גבוה פי 48 מיליון יחסית לריכוז הכספית שיש במי האגם

הצטברות ביולוגית (באנגלית: Bioaccumulation) או צבירה ביולוגית היא הצטברות של מיני חומרים כמו חומרי הדברה, דיאוקסינים או מתכות כבדות 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 או אפקט טרטוגני. הצטברות ביולוגית אופיינית בקרב חומרים המסיסים בשומן.

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

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)שעבדו עם כספית לשם תרכובות להפקת זהב ומתכות יקרות אחרות. במאה ה-20 היו "נערות הרודיום" שליקקו רודיום ממכחולים לצביעת שעונים במתכת הזרחנית.

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.

סטרוציום-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.

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 היתה 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 שהיתה במקום ובהעדר 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. 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.

דוגמה להצטברות ביולוגית בישראל

ערכים מורחבים – זיהום מזון בישראל, תעשיות אלקטרוכימיות

על פי דו"חות של המכון לחקר ימים ואגמים בנושא איכות מי החופים בישראל, המקור לכספית במים ובחול במפרץ חיפה ובאזור עכו הוא בזיהום תעשייתי הן מנחל הקישון והן מהשפכים של מפעל תעשיות אלקטרוכימיות שהזרים כספית לים עד שנת 2004, והוא המקור העיקרי לזיהום שקיים עד היום. למרות הפסקת הזרמת השפכים, הכספית מצויה במשקעי הבוץ והחול בקרקעית הים ובחומר מרחף.

הכספית אינה נשארת במים ובבוץ בקרקע הים, אלא מצטברת במעלה שרשרת המזון ברכיכות, בדגים ובבני אדם שניזונים מהדגים. לפי המכון לחקר ימים ואגמים, מסוף שנות ה-80 חלה ירידה ניכרת ברמות הכספית אצל דגים ורכיכות במפרץ חיפה. עם זאת, החל משנת 2004 נמצאות רמות הכספית אצל דגים מהמפרץ במגמת עלייה. הגורם לכך עדיין לא התברר.גם בצדפות באזור עכו יש ריכוז עולה של כספית מאז שנת 2002 באזור

בשנת 2009 נמצאה חריגה מהקו המנחה של שירות המזון הארצי (הדומה לתקנים מקובלים במדינות אחרות) לריכוז כספית, בכ-10% מהדגים החופיים במפרץ חיפה. בשנת 2012 נתון זה עלה ל-19% מהדגים.. דבר זה מצביע על כך שבדגי המפרץ יש מנגנון של הגברה ביולוגית

כבר בשנת 2009 המליץ המכון לבחון את האפשרות להגבלה זמנית של דייג/שיווק דגים חופיים מצפון מפרץ חיפה, בגלל רמות חריגות של כספית, אבל דבר זה לא נעשה, והמלצה זו חזרה והופיעה גם בשנת 2012. המכון המליץ גם על שינויים בתקנים ובחקיקה לשם הקטנת הסיכון לזיהום בדגים בכספית.

ביולי 2015 הוציא המשרד להגנת הסביבה אזהרה חמורה מפני דיג של דגים בצפון מפרץ עכו. לפי המשרד יש חשד לדליפת כספית למי התהום ולים באזור מפרץ עכו, ונמצאו ריכוזים חריגים של כספית בשתי תחנות ניטור בחוף הים, בקרבת מפעל "תעשיות אלקטרוכימיות". בבדיקה שבוצעה במרחק קילומטר מדרום לחוף הרחצה הסמוך למפעל, נמדדו ערכים של עד 55 מיקרוגרם כספית לליטר, פי 22 מעל התקן המרבי המותר לריכוז כספית במים שעומד על 2.0 מיקרוגרם לליטר.

ראו גם

• זיהום במזון
• מזהמים אורגניים עמידים
• מתכות כבדות
• כספית
• ארסן
• קדמיום
• דיוקסין
• מיקרו-פלסטיק
• השפעות בריאותיות של חומרי הדברה

קישורים חיצוניים

• הצטברות ביולוגית בוויקיפדיה האנגלית
• הגדלה ביולוגית בוויקיפדיה האנגלית
• מזהמים אורגניים עמידים הקרן לבריאות וסביבה
• הגדרות להגברה ביולוגית הסקר הגאולוגי של ארצות הברית, U.S. Geological Survey
• הגברה ביולוגית Toxipedia
• ננוטכנולוגיה בשרשרת המזון? משה נחמני, הידען, 15 ביוני 2008
• מסעו של הזיהום בשרשרת המזון בבלוג רזי הבריאות, 2 בפברואר 2012
• האם קוטלי עשבים בטוחים עבורך? על המחלוקת סביב חומר ההדברה אטרזין, באתר thewaterchannel, ספטמבר 2012
• Is Mercury the Achilles Heel of the Restoration Effort הסקר הגאולוגי של ארצות הברית, 2013

מחקרים על הגברה ביולוגית של מתכות כבדות

• הצטברות ביולוגית של אורניום בעופות ימיים, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, April 2010, Volume 284, Issue 1, pp 165-172
• Bioaccumulation of Heavy Metals by Selected Plant Species from Uranium Mining Dumps in the Sudety Mts.,Poland הצטברות מתכות כבדות בצמחים באתר כרייה ישן בפולין, Polish J. of Environ. Stud. Vol. 15, No. 5 (2006), 811-818
• Uranium bioaccumulation in a freshwater ecosystem: impact of feeding ecology, הצטברות אורניום בדגים ובבעלי חיים ימיים, 2012 Nov 15;124-125:163-70. doi: 10.1016/j.aquatox.2012|
• Bioaccumulation and behavioural effects of depleted uranium in rats exposed to repeated inhalations הצטברות של אורניום במוח והשפעות שלו על התנהגות עכברים, Neurosci Lett. 2005 Dec 16;390(1):31-6.
• פוטנציאל חשיפה לאורניום בבני אדם Centers for Disease Control and Prevention