La tossicologia è una disciplina scientifica recentemente posta all'interfaccia tra ecologia e tossicologia , nata dal riconoscimento che un numero crescente di tossine ( inquinanti ) sono state contaminate e continuano a contaminare tutta o parte della biosfera e per alcuni interagiscono tra loro e con cose.
Questa disciplina scientifica studia il comportamento e gli effetti degli agenti "inquinanti" sugli ecosistemi , siano essi agenti di origine artificiale (compresi farmaci , interferenti endocrini , ecc.) o agenti naturali compreso l'uomo che altera la distribuzione o i cicli nei diversi compartimenti della biosfera .
Tra gli obiettivi primari dell'ecotossicologia vi sono la conoscenza e la prevenzione , ma agli ecotossicologi è sempre più richiesto anche di prevedere ( prospetticamente ) gli effetti dell'inquinamento , in natura, intensità e durata, ei rischi associati.
Il tossicologo cerca quindi di caratterizzare il rischio tramite:
Poiché le sensibilità alle sostanze tossiche differiscono a seconda delle specie e degli ecosistemi, le soglie stabilite, ricercate o considerate dall'ecotossicologia (indici di valutazione e soglie di sicurezza) nonché i biomarcatori possono differire notevolmente da quelle stabilite dai tossicologi per l'uomo.
All'interfaccia tra tossicologia ed ecotossicologia c'è il campo comune della salute ambientale , dove gli agroecosistemi e l'allevamento occupano un posto speciale, in particolare per alcune zoonosi , malattie o intossicazioni o fenomeni di resistenza agli antibiotici che possono colpire sia l'uomo che altri animali, un'area per lo studio congiunto dell'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) e dell'Organizzazione mondiale per la salute animale (OIE). Esistono anche molti biomarcatori di stress ecologico e tossicità, che sono comuni a tutti gli animali (compreso l'uomo) o addirittura condivisi con piante o funghi.
L'ecotossicologia - come suggerisce il nome - è una disciplina ibrida di:
François Ramade la definisce una scienza "il cui oggetto è lo studio degli inquinanti tossici negli ecosistemi e nell'intera biosfera"
L'ecotossicologia è una disciplina giovane, apparsa negli anni '70 dopo la tossicologia e ne ha ripreso i metodi, ma estendendoli al campo dell'ambiente dell'uomo e dell'intera biosfera.
L'ecotossicologia è nata in seguito all'inquinamento avvenuto nel secondo dopoguerra, che ha sensibilizzato sull'impatto delle sostanze chimiche e degli scarichi tossici sull'ambiente e sull'uomo. Il termine ecotossicologia fu usato per la prima volta nel 1969 dal tossicologo René Truhaut in una conferenza sull'ambiente a Stoccolma, che gli valse il riconoscimento internazionale come padre della disciplina. È infatti oggi riconosciuto il ruolo pionieristico di Jean-Michel Jouany, assistente di Truhaut, nella concettualizzazione della disciplina e nella definizione dei suoi obiettivi. Per Jouany, l'ecotossicologia è principalmente legata all'ecologia poiché deve mirare a identificare l'influenza dei fattori di stress sui rapporti tra gli organismi e il loro ambiente. Jean-Michel Jouany è stato il giovane e brillante mentore di René Truhaut, che ha saputo diffondere a livello internazionale una disciplina che il suo giovane assistente ha portato alla ribalta. Promosso al posto di professore presso l'Università di Nancy nel 1969, Jean-Michel Jouany ha sviluppato l'insegnamento e la ricerca in ecotossicologia presso l'Università di Metz insieme al suo collega Jean-Marie-Pelt dal 1971.
In Francia, due università (Metz e Paris-Sud: Orsay) hanno fortemente contribuito all'estensione di questa disciplina negli anni 1980/90. Saranno aiutati da istituti come CEMAGREF (IRSTEA), INRA, INERIS, IFREMER e CNRS che successivamente hanno sviluppato unità di ricerca in ecotossicologia, così come altre università francesi (Rouen, Bordeaux, Le Havre, Lione, Lille, Caen…) [ 6] . La disciplina riconosciuta dalle istituzioni continua a prosperare.
Mentre la tossicologia classica limita i suoi studi agli organismi, l'ecotossicologia mira a misurare l'impatto delle sostanze chimiche, fisiche o biochimiche, non solo sugli individui ma anche sulle popolazioni e su interi ecosistemi e sugli equilibri dinamici che li caratterizzano.
Negli anni '90 sembrava emergere informalmente una nuova disciplina, denominata “ ecotossicologia del paesaggio” , che mira a tenere maggiormente conto delle interazioni tra i processi di ecologia del paesaggio e le tossine ambientali, e in particolare per le specie molto vincolate dai loro corridoi biologici ( salmone per esempio).
L'ecotossicologia ha lavorato sin dalle sue origini parallelamente alla comprensione dei meccanismi di azione e degli impatti (diretti o indiretti, immediati o ritardati) di sostanze tossiche o cocktail di sostanze tossiche su individui e popolazioni, dall'inquinamento di uno o più ambienti o reti trofiche , e sui loro effetti a più scale, dalla scala individuale a quella della biosfera , includendo popolazioni , metapopolazioni , biomi , ecc.
Gli ecotossicologi hanno prima esaminato la presenza, l'estensione e gli impatti dei classici inquinanti (chimici), quindi, più recentemente, inquinanti come la radioattività , i transgeni , i prioni , gli interferenti endocrini , ecc.
Le fonti di inquinamento più studiate sono l' industria , la produzione di energia , i trasporti , i rifiuti e la loro gestione così come l' agricoltura moderna ( fertilizzanti , pesticidi , fumi (eutrofizzazione, gas serra, ecc.), contaminazioni biochimiche..).
Le modalità di azione degli inquinanti nell'ambiente, inclusi salute, crescita, produttività biologica, salute riproduttiva, potenziale biotico, mutazioni, relazioni predatore/preda, simbiosi e mutualismo , ecc.
La resistenza naturale o le strategie di organismi e popolazioni di fronte ai tossici (tolleranza, resistenza, fenomeni di disintossicazione, ecc.)
Gli inquinanti dispersi in piccole quantità, ma in modo cronico, e le sinergie tra gli inquinanti sono due ambiti in cui la posta in gioco è particolarmente importante per l'ecotossicologo.
Ciclo biogeochimico degli inquinanti e circolazione nelle reti trofiche , tramite bioturbazione e loro bioaccumulo in biomassa , e loro destino in necromasse , in base alla loro biodegradazione ed emivita .
La valutazione del rischio in ecotossicologia è una svolta attuale nell'ambiente . Visto da una prospettiva biologica, questo campo interdisciplinare mira a determinare gli effetti degli inquinanti sulla salute delle specie e delle popolazioni nei loro habitat naturali . In definitiva, consente di mirare agli effetti sulla salute delle popolazioni umane. Diversi campi importanti della scienza lavorano insieme lì, tra gli altri, l'ecologia teorica, la fisiologia, l'epidemiologia e la chimica.
Lo studio degli effetti dell'inquinamento non sarà lo stesso a seconda del livello di organizzazione biologica considerato; la rilevanza ecologica della spiegazione sarà maggiore per livelli di organizzazione anch'essi alti (individuo, popolazione, ...) mentre la spiegazione meccanicistica sarà privilegiata nel caso di bassi livelli di organizzazione (DNA, cellula...).
La valutazione del rischio ambientale in ecotossicologia passa attraverso le seguenti quattro fasi:
In termini di considerazione del passare del tempo, diverse prospettive si completano a vicenda in ecotossicologia; "Retrospettivo" e "predittivo".
Grazie agli studi stabiliti sulla risposta di sistemi biologici complessi agli inquinanti, l'ecotossicologia retrospettiva interpreta l'effetto degli inquinanti a posteriori , basandosi su dati paleontologici ed evolutivi. Si può così avvicinare all'ecopotenzialità di un ambiente o di una regione, e si possono stabilire delle linee guida per garantire la tutela dell'ambiente e definire quale potrebbe essere il buono stato ecologico , e il percorso da seguire.
L'ecotossicologia predittiva si applica per stabilire e prevedere il comportamento e gli effetti di sostanze chimiche che possono interferire e permanere più o meno persistentemente nell'ambiente o vi finiscono accidentalmente, e il cui esame preventivo ne mette in discussione il futuro. Questa prospettiva rientra negli obiettivi della metodologia della valutazione dei rischi per la salute degli ecosistemi nonché nello sviluppo per l'efficacia dei metodi che fanno parte di un'altra svolta attuale in ambito ambientale: la protezione dell'ambiente.
La tutela dell'ambiente (es. lotta all'inquinamento, tutela della salute pubblica , delle risorse naturali, prevenzione dell'inquinamento e dei disturbi) è quindi la porta di accesso al biomonitoraggio (detto anche “monitoraggio biologico” o “biomonitoraggio”) che rafforza i propri metodi con la crescente uso di bioindicatori (di contaminazione ed effetto) e biomarcatori (di esposizione, effetto e sensibilità agli effetti).
La tecnologia relativa alla valutazione del rischio si sta evolvendo rapidamente. Oggi è urgente acquisire un solido insieme di dati sugli effetti associati agli inquinanti, a tutti i livelli dell'organizzazione. Lo studio degli effetti acuti e a lungo termine richiede cautela nell'interpretare gli effetti associati a diverse sostanze tossiche, perché alcune persone commettono errori nell'assumere che le fasi della vita più sensibili siano le stesse fasi critiche della vita di una popolazione, o nell'assumere che gli effetti siano additivi.
Gli effetti di una sostanza tossica possono essere studiati in base alla loro relazione con il tasso di crescita della popolazione nonché con i tratti individuali (sopravvivenza e riproduzione) che vi contribuiscono esaminando le teorie della dinamica della popolazione e rivedendo il lavoro sperimentale. Le risposte ai tossici in base al tasso di crescita sarebbero più appropriate degli effetti a livello individuale, perché questo tasso integra le interazioni potenzialmente complesse della storia di vita dei tratti e fornisce una misura più appropriata degli impatti in ecologia.
Grandi sforzi sono stati fatti in ecotossicologia per sviluppare e applicare biomarcatori. Gli scienziati volevano ottenere indicatori che fornissero una risposta anticipata agli effetti prima che si verificassero su individui e popolazioni. Inoltre, si voleva una migliore identificazione delle cause legate agli effetti osservati a questi livelli. Tuttavia, la portata dei biomarcatori che possono fornire indicatori ecologici, sia inequivocabili che corrispondenti all'esposizione o agli effetti delle sostanze tossiche, rimane molto controversa. Sebbene i biomarcatori possano aiutare a fornire informazioni sui meccanismi che possono causare gli effetti osservati delle sostanze chimiche sulle prestazioni dell'intero organismo e sebbene possano in alcuni casi fornire utili indicatori di esposizione, le risposte dei biomarcatori a livello individuale probabilmente non lo fanno. fornire utili previsioni dei corrispondenti effetti ecologici. I biomarcatori forniscono previsioni migliori rispetto a quando vengono utilizzati in un modello che incorpora misure di fitness. Altrimenti, e dato che l'obiettivo del biomonitoraggio ambientale e della valutazione del rischio ecologico è quello di rilevare e prevedere vari impatti chimici su persone, comunità ed ecosistemi, gli sforzi dovrebbero concentrarsi maggiormente su metodi che migliorerebbero direttamente questa prospettiva.
Alcuni usano il termine biomonitor ( "biomonitor" ) invece di bioindicatore quando si concentra su una particolare specie che accumula metalli pesanti nei suoi tessuti e che può essere analizzata come misura della biodisponibilità dei metalli nel tessuto. l'habitat in cui vive . Una moltitudine di biomonitor consente di riconoscere la presenza e l'intensità relativa di diverse fonti di metalli. Ad esempio, un'alga macrofita risponde principalmente e solo a fonti di metalli disciolti, un animale che raccoglie particelle sospese come le cozze risponde a fonti di metalli in fase disciolti e sospesi e un animale che si nutre del deposito di fondo risponde a fonti di metalli. nei sedimenti.
La deduzione dei fenomeni tossicologici ed ecotossici osservati in situ (es: disastro di Minamata ) viene utilizzata per fare ipotesi, convalidate o meno dal metodo sperimentale, prove e modellizzazione . Le molecole sono studiate per determinate caratteristiche ecotossiche e per la loro capacità di agire in sinergia con altre molecole (ecotossiche e non). Possono essere utilizzati strumenti di biologia molecolare o trascrittomica ; siamo quindi nel campo dell'ecotossicologia molecolare .
Un'analisi ecotossicologica può essere effettuata per campionamento casuale, oppure dopo l'osservazione di un deterioramento della qualità dell'ecosistema. Uno strumento di valutazione è il Graduated Modular System (SMG). Gli effetti ambientali dei microinquinanti vengono valutati utilizzando due approcci: 1) studi di laboratorio, estrapolazione e verifica in situ oppure 2) osservazione in situ → formulazione di ipotesi e verifica di laboratorio.