Samenvatting Ecotoxicologie
Algemene informatie + Examen
De cursus bestaat uit 8 lessen.
Examen is mondeling met schriftelijke voorbereiding.
Overzicht onderwerpen:
1. Concept Ecotoxicologie
Ecotoxicologie is een wetenschapstak die het effect van toxische chemicaliën op organismen (uitbreiding t.o.v.
toxicologie1 die mens centraal zette) bestudeerd op moleculair, organisme, populatie-, gemeenschap-, ecosysteem-
en biosfeerniveau (tweede uitbreiding t.o.v. toxicologie) 2. Het integreert dus de toxicologie met de ecologie
(onderzoekt de relatie tussen organismen onderling en de relatie met hun omgeving) en milieuchemie (bestudeert de
verspreiding van contaminanten in het milieu en diens milieueffecten).
o In de toxicologie onderzoekt men ook de verdeling van een toxische stof naar organen en welk orgaan het
meest geraakt wordt, ook wel het “target orgaan”. Ook kijkt men ook naar de transformatie van stoffen in het
organisme.
Enkele definities van termen die vaak door elkaar worden gehaald:
o Polluent. Een polluent is elke chemische stof die een schadelijk effect kan hebben op organismen en/of op
ecosystemen.
Paracelsus (16e eeuwse arts en ‘alchemist’): alle dingen zijn giftig, enkel de dosis maakt dat een ding
werkelijk giftig is. Alles is relatief, en dat principe geldt nu nog altijd in de wetenschap. Concrete
voorbeelden komen terug doorheen de cursus.
Natuurlijk tellen zaken zoals biobeschikbaarheid ook mee.
o Contaminant (xenobiont3). Een contaminant is -anders dan een polluent- een stof die niet thuishoort in een
natuurlijk proces. Een contaminant is dus een milieuvreemde stof en veroorzaakt niet per se een schadelijk
effect (bv element barium is contaminant zonder schadelijk effect). Anderzijds zijn er polluenten (bv
vulkaanas) die schadelijk zijn maar geen contaminant voorstellen wegens dat ze niet milieuvreemd zijn (geen
deel van natuurlijk proces). CO2 is bv geen polluent noch contaminant (wel versterkt het het effect van
andere polluienten).
o Verontreiniging is wel een term die niet goed gedefinieerd is en op beiden kan slaan.
o Biomerker (biomarker) in de ecotoxicologie. In het algemeen is een biomerker een indicator van een
biologische staat of conditie (bv hoeveelheid lood in het bloed). In de ecotoxicologie beschouwen we een
biomerker enkel als een indicatie van een biologische respons op een chemische stof.
1
De toxicologie bestudeert negatieve impact van toxische chemicaliën op levende organismen op niveau van het organisme en
eronder (moleculair). De nadruk licht wel op de mens; typisch testen van stoffen die gevaarlijk zijn voor mensen. Ratten en muizen
worden dan gebruikt als model voor de mens. De relatie tussen dose en diens effect op een organisme staan centraal.
Is groter (bv 10-30) bij individuele toxiciteitstesten dan SSD wegens meer onzekerheid.
2
De ecotoxicologie is ook vrijwel synoniem met de milieutoxicologie al ligt de focus bij ecotoxicologie meer bij dieren en op nog
bredere niveaus; gemeenschap, ecosysteem, populatieniveaus.
3
Al verwijst xenobiont vaak naar stoffen die enkel door de mens gemaakt kan worden. Indien een metaalfabriek veel zware metalen in
het milieu vrijlaat zijn deze zware metalen milieuvreemd maar komen nog steeds in kleine hoeveelheden voor in de bodem.
1
, o Toxicant (pollent) vs. toxine. Een toxicant is vrijwel synoniem aan een polluent 4. Een toxine is een door een
organisme geproduceerde chemische stof met toxisch effect op organismen en omgeving (pH).
Ecotoxicologisch onderzoek gebeurt op elk niveau van biologische organisatie (term onthouden). Het inschatten van
het effect van een polluent of schadelijke stof wordt echter moeilijker naarmate men de schaal van biologische
organisatie opklimt. De impact van een schadelijke stof op genen wordt zeer rap zichtbaar (binnen enkele uren). Op
het tweede niveau van biologische organisatie, weefsel en organen heeft typisch meer tijd nodig (bv enkele dagen).
Naast de vereiste tijd neemt ook de complexiteit toe. Het namelijk moeilijker om de impact op een semi
gecontroleerde wijze vast te stellen door omgevingsfactoren zoals bv stress, heterogeniteit mannetjes en vrouwtjes,
etc. De mate van ecologisch relevantie informatie neemt dus af.
o Op niveau van individu hebben we dagen tot maanden of jaren nodig om in onderzoek de effecten te zien op
de groei en/of reproductie van een dier, en complexiteit neemt toe.
o Op niveau van populatie (=totale aantal van een soort) en levensgemeenschap (verschillende dieren die
samenleven) duurt dit nog langer en wordt het nog complexer.
o De primaire doelstelling van de ecotoxicologie is het vinden van een biomerker (bv op gen, weefsel of
orgaanniveau) die een voorspellende kracht heeft voor het effect van een polluent op hogere niveaus van
biologische organisatie. Dit zou zeer handig zijn want dan zou men bij een bepaalde concentratie in enkele
uren de levensverwachting van een dier kunnen inschatten.
4
Al verstaat men onder toxicant vaak stoffen die in kleine dosissen al schadelijk zijn terwijl voor polluenten dit niet het geval is (bv
fosfaat dat in grote hoeveelheden geproduceerd wordt en tot eutrofiëring kan leiden).
2
, Onderscheid retrospectieve en predictieve ecotoxicologie:
o Retrospectieve ecotoxicologie. Retrospectieve ecotoxicologie is het identificeren en inschatten van de impact
van chemicaliën op biologische organismen of het milieu nadat ze reeds in het milieu terechtgekomen zijn.
Het maakt dus gebruik van epidemiologische data.
Typisch voorbeeld is het onderzoek in de jaren 50 of roken invloed heeft op kankerprevalentie (pas
veel later nadat mensen al 100 jaar roken begon men pas deze hypothese te maken i.e. retrospectief).
Dit is in de ecotoxicologie nog steeds geen optimale methode. Indien men effect ziet in het milieu (bv
verhoogde pH waarde op lozingsplek) wil dit nog niet 100% zeggen dat dit door een bepaalde
substantie komt. Ondertussen hebben we toxicologische methoden ontwikkeld om te ontdekken of
een stof kankerverwekkend is (hiervoor wordt de salmonella bacterie gebruikt, ziek laatste
hoofdstuk).
o Predictieve ecotoxicologie. Predictieve ecotoxicologie is het voorspellen van schadelijke milieueffecten
voordat ze optreden. Typisch voorbeeld is toxiteitstesten op dieren of in vitro testen op weefsel. Ondertussen
hebben we toxicologische methoden ontwikkeld om te ontdekken of een stof kankerverwekkend is (hiervoor
wordt de salmonella bacterie gebruikt, ziek laatste hoofdstuk).
Historische schets van vervuiling / contaminatie.
o Eerste nederzettingen door de agriculturele revolutie. Toen was er plots veel vloeibaar afval (vervuiling /
polluent) in de vorm van vele menselijke uitwerpselen. Beperkte luchtverontreiniging (bv door kampvuur).
o Industriële revolutie (grote sprong):
Mijnactiviteit (19e eeuw) die voor luchtverontreiniging zorgt. In 19 e eeuw werd vastgesteld dat
mijnwerkers en schoorsteenvegers een verhoogde incidentie op teelbalkanker hadden.
Vervoer aangedreven door loodhoudende benzine (begin 20e eeuw). Verspreiding van lood naar de
omgeving.
o Groene revolutie (midden 20e eeuw). Met de Haber-Bosch methode begin 20 e eeuw kon men kunstmest
produceren. Pesticiden zoals DDT kenden en enorme opmars.
Pas met REACH (2007), ook wel “Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals” in de EU
worden bepaalde polluenten en contaminanten streng gereguleerd (vnl. gericht naar bedrijven die producten op de
Europese markt brengen). Voor elk nieuw product moet er een registratie van de chemische substanties plaatsvinden
door de bedrijven, daarna een evaluatie van de registratie door de ECHA (European Chemicals Agency), voor hoge
risico substanties (SVHCs)5 moeten bedrijven een autorisatie krijgen en demonstreren dat het socio-economisch
voordeel het risico overtreft, indien het te gevaarlijk is wordt het product verboden (restrictie). Wel kan dit systeem
omzeild worden6.
5
Substances of very high concern.
6
REACH heeft pas betrekking indien meer dan één ton per jaar van de polluent en/of contaminant (xenobiont) gemaakt wordt per
bedrijf. Bedrijven kunnen wel simpelweg dochterondernemingen maken om deze voorwaarde te omzeilen.
3
, 2. Belangrijkste Klassen van Polluenten en hun verspreiding
in het milieu
Gebruik van juiste eenheden. Eigenlijk is het beter om molaire (massa) eenheden te gebruiken i.p.v. het in gewicht of
volume uit te drukken (mmol spreekt men uit als “micromolair”). Ter referentie; een liter water is gelijk aan 55 molen
(6 x 10^23) watermoleculen. Één mol water is dus ongeveer 20ml water. Men gebruikt ook volume (i.e. in liter) en
niet gewicht bij uitdrukking in molen.
o Wel wordt zeer vaak nog uitgedrukt in gewicht vanwege dat de normen nog in gewicht zijn. In
veldexperimenten wordt daarom vaak polluenten in gewichtsbasis uitgedrukt en in labaratoria op molaire
basis.
2.1 Klasse 1: Zware metalen
De definitie van een zware metaal is dat het een metaal van dichtheid boven 5g / cm3 heeft7. Dit is een slechte
benaming want niet alle zware metalen met deze dichtheid is toxisch. Er zijn toxische metalen met een kleinere
dichtheid (bv selenium). Sommige wetenschappers pleiten voor het woord “zware metalen” te vervangen met “trace
metals”8 of simpelweg “metalen”.
o Metalen zijn zoals gezegd geen xenobionte (milieuvreemde) polluenten, ze komen in kleine hoeveelheden in
de natuur voor. De concentratie van een metalen in types gesteenten:
Historisch overzicht ontginning van metalen (erts).
o Prehistorisch. In de prehistorische tijd werd ook al aan oppervlakkige ertswinning gedaan. De natuur heeft
zich aan deze menselijke activiteit aangepast (zinkviooltje).
o Romeinse fase. Grote verspreiding. In Romeinse fase wordt veel meer ertsen gewonnen voor munten,
wapens, kookgerei, etc. De winning en bewerking vond vaak ook op verschillende plaatsen plaats dus was er
meer verspreiding van de verontreiniging. De hoge smeltactiviteit leidde dan weer tot toxische luchtvervuiling
en loodintoxicatie dat zich ver kon afzetten (kan nu nog gemeten worden in veengebieden in Noord-
Duitsland, terwijl de bron van Italië komt). Concentratie van lood in beenderen was zo 10 keer zo hoog dan in
pre-Romeinse tijden en dubbel zo hoog als middelleeuwen.
o Middeleeuwse fase. Exploitatie diepere lagen maar minder smeltactiviteit.
o Industriële fase. Veel meer metalen dan enkel lood. Verder ook meer emissie dan ooit. Dit komt onder meer
doordat de plaats van verwerking, ontginning en lozing niet meer op één plaats plaatsvinden.
7
bv Ijzer heeft een dichtheid van 7.87 g/cm3 en is dus een zwaar metaal
8
Echter hebben trace metals ook de betekenis dat het metalen die normaal altijd in kleine hoeveelheden in dier- en plantencellen
aanwezig zijn zoals ijzer, lithium, zink, koper, chroom, nikkel, kobalt, vanadium, molybdeen, mangaan en anderen. Lood, dat
beschouwd wordt als zwaar metaal zit in normale omstandigheden niet in het lichaam.
4
