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Dans quelle mesure la bioamplification affecte-t-elle les êtres humains?

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On sait que l'effet du grossissement biologique augmente avec les niveaux trophiques plus élevés. Puisque nous sommes au sommet de la chaîne alimentaire, à quel point en sommes-nous affectés ? Existe-t-il des preuves que les humains sont affectés par la bioamplification ? Et faut-il s'inquiéter ? Merci pour votre attention!

Éditer: Avant de poster ici, j'avais effectué une recherche sur Google Scholar à propos de « l'effet du grossissement biologique sur les humains ». Non seulement je n'ai rien trouvé de spécifiquement sur les humains, mais tout ce que j'ai trouvé était trop complexe pour que je puisse le comprendre. (je ne suis pas étudiant en biologie). Pourtant, certains de ceux que j'ai compris ont déclaré que l'accumulation de substances jusqu'à des niveaux dangereux pose risque pour la santé. Ce que j'essaie de savoir, c'est qu'il y a eu des cas où nous savons que la bioamplification a blessé les humains ?

Merci encore!


  1. Qu'est-ce que la bioamplification ?

La bioamplification est le processus par lequel les contaminants chimiques augmentent à un rythme beaucoup plus rapide que la thermodynamique ne le prédirait. Examiner spécifiquement les composés organiques/lipidiques solubles. Une explication très basique est que lorsque la nourriture est digérée et que les lipides sont absorbés, la concentration chimique (voir Fugacité) dans la nourriture augmente au fur et à mesure qu'elle se déplace le long du tractus gastro-intestinal. Au fur et à mesure que nous consommons plus d'aliments contaminés, ils s'accumulent dans notre corps, et si un seuil est dépassé, cela peut entraîner des effets physiques négatifs dans notre corps.

  1. Les humains ont-ils été touchés ?

Agent Orange - les États-Unis ont pulvérisé une quantité importante du Vietnam avec l'agent Orange, qui contenait de la dioxine. La nature persistante du composé l'a amené à s'accumuler dans le sol et la végétation, et finalement la végétation contaminée a été soit consommée directement par la population, soit par la faune qui à son tour pouvait être mangée. Le résultat était que même si le composé lui-même était relativement inoffensif pour l'homme, alors qu'il remontait le réseau trophique, la concentration augmentait via le mécanisme décrit ci-dessus. Le même mécanisme est à l'origine de l'interdiction des pesticides comme le DDT dans les années 1970.

  1. Doit-on s'inquiéter ? (Avis)

Bien sûr, c'est quelque chose dont nous devons être conscients, et il existe des directives concernant la consommation de fruits de mer / poisson. Les systèmes aquatiques et marins peuvent généralement supporter un plus grand nombre de niveaux trophiques et, en tant que tels, nous devrions accorder beaucoup plus d'attention aux fruits de mer. Par exemple, autour de chez moi, nous avons des directives de consommation de poisson ) qui encouragent les gens à limiter le nombre de repas de poisson par mois, en particulier pour les femmes qui sont enceintes ou envisagent de le devenir. Cela laisse le temps à notre corps d'éliminer les composés qui s'accumulent avant d'atteindre des niveaux dangereux. Par conséquent, vous n'avez pas besoin d'éliminer les organismes trophiques supérieurs de votre alimentation, il suffit de les consommer avec modération et sans excès. Savoir d'où vient votre nourriture aide également à prendre ces décisions.


TOXICOLOGIE | La toxicologie des métaux chez les poissons

Mercure (Hg)

Il existe un potentiel élevé de bioconcentration et de bioamplification du Hg (sous forme organique), avec des FBC allant jusqu'à 100 000. Les composés organiques du Hg sont plus facilement absorbés et mal excrétés que les formes inorganiques.

CL aiguë50 les valeurs pour le Hg inorganique vont de 150 à 900 μg l -1 dans les deux FW et SW. Les concentrations de toxicité aiguë pour le méthyl Hg varient de 24 à 125 μg l −1 . Contrairement à la plupart des autres métaux toxiques, la dureté de l'eau a un effet négligeable sur la toxicité du Hg.

Le Hg provoque une altération de l'osmorégulation chez les poissons FW et SW, bien que contrairement à d'autres métaux, les effets ne soient pas diminués chez SW. Le méthyl Hg semble produire des perturbations osmorégulatrices à des concentrations environ 10 à 20 fois inférieures à celles du mercure inorganique chez les poissons FW.

Les principales cibles du Hg sont le système nerveux central (SNC) et les reins chez les poissons. À des concentrations inférieures à 1 g l -1 , le Hg peut provoquer des effets neurologiques, notamment une perte d'appétit, des lésions cérébrales, des cataractes, une coordination motrice anormale et des changements de comportement. Une anémie importante et une absorption réduite d'oxygène se produisent chez les poissons exposés au Hg inorganique, possiblement par accumulation dans les reins et inhibition de l'uroporphyrinogène I synthétase (une enzyme biosynthétique de l'hème) ainsi que par des réductions de la déformabilité des érythrocytes et une destruction prématurée. D'autres effets indésirables sublétaux qui sont couramment signalés comprennent une altération de la croissance, de la reproduction et du développement. Les effets sur la reproduction sont en partie médiés par la suppression des niveaux de stéroïdes sexuels plasmatiques, l'inhibition du développement des gonades, l'altération du comportement reproducteur, la réduction de la production d'œufs et la réduction du frai.


Dans quelle mesure la bioamplification affecte-t-elle les êtres humains? - La biologie

La bioamplification, également appelée bioamplification ou grossissement biologique, est la concentration croissante d'une substance, telle qu'un produit chimique toxique, dans les tissus d'organismes à des niveaux de plus en plus élevés dans une chaîne alimentaire. Cette augmentation peut résulter de :

* Persistance où la substance ne peut pas être décomposée par des processus environnementaux

* Énergétique de la chaîne alimentaire - où la concentration de la substance augmente progressivement à mesure qu'elle monte dans la chaîne alimentaire

* Taux faible ou inexistant de dégradation interne ou d'excrétion de la substance souvent dû à l'insolubilité dans l'eau

Le grossissement biologique fait souvent référence au processus par lequel certaines substances telles que les pesticides ou les métaux lourds remontent la chaîne alimentaire, pénètrent dans les rivières ou les lacs et sont mangées par des organismes aquatiques tels que les poissons, qui à leur tour sont mangés par de grands oiseaux, des animaux ou humains. Les substances se concentrent dans les tissus ou les organes internes à mesure qu'elles remontent la chaîne. Les bioaccumulateurs sont des substances dont la concentration augmente dans les organismes vivants lorsqu'ils absorbent de l'air, de l'eau ou des aliments contaminés, car les substances sont métabolisées ou excrétées très lentement.

Ce qui suit est un exemple montrant comment la bio-amplification a lieu dans la nature :

Un anchois mange du zoo-plancton qui contient de minuscules quantités de mercure que le zoo-plancton a récupéré dans l'eau tout au long de la vie de l'anchois. Un thon mange beaucoup de ces anchois au cours de sa vie, accumulant le mercure de chacun de ces anchois dans son corps. Si le mercure retarde la croissance des anchois, ce thon doit manger plus de petits poissons pour rester en vie. Parce qu'il y a plus de petits poissons consommés, la teneur en mercure est amplifiée.

BIOMAGNIFICATION - L'un des exemples classiques de bioaccumulation ayant entraîné une bioamplification s'est produit avec un insecticide appelé dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT).

Le DDT est un insecticide qui a été pulvérisé dans la ferme ABC pour aider à lutter contre les moustiques et autres insectes, car l'insecticide est bon marché et très efficace contre les moustiques qui propagent le paludisme. Pendant les jours de pluie, l'eau de pluie a emporté le DDT, l'infiltration de l'état liquide et le lixiviat de DDT dans les ruisseaux, où il a finalement trouvé son chemin dans les lacs et l'océan.

Le polluant toxique s'est bioaccumulé dans chaque organisme et s'est ensuite bioamplifié à travers le réseau trophique à des niveaux très élevés chez les oiseaux prédateurs tels que les pygargues à tête blanche, les balbuzards pêcheurs, les faucons pèlerins et les pélicans bruns qui mangeaient le poisson.

Les niveaux de DDT étaient suffisamment élevés pour que les coquilles d'œufs des oiseaux deviennent anormalement minces. En conséquence, les oiseaux adultes ont cassé les coquilles de leur progéniture non éclose et les oisillons sont morts. La population de ces oiseaux a chuté.

Les poissons marins tels que l'espadon, le requin et le thon ont souvent des niveaux bioaccumulés du polluant toxique du DDT qui seront finalement chassés par les êtres humains comme sources de protéines. Les femmes enceintes exposées à l'insecticide DDT sont beaucoup plus susceptibles d'accoucher prématurément ou de donner naissance à des bébés nés à terme mais de faible poids. Des études chez la souris ont montré que le DDE bloque la liaison de l'hormone progestérone à ses récepteurs, et en théorie, cela pourrait provoquer à la fois la prématurité et un faible poids à la naissance chez l'homme. Les concentrations de DDT sont particulièrement élevées dans le lait maternel. La production de lait dépend fortement de l'utilisation de la graisse corporelle stockée, et c'est là que le DDT a tendance à rester dans notre corps. À une concentration supérieure à 236 mg de DDT par kg de poids corporel, vous mourrez. Une concentration de 6 à 10 mg/kg entraîne des symptômes tels que maux de tête, nausées, vomissements et confusion.

Le DDT a été pulvérisé aux États-Unis avant 1972 pour aider à lutter contre les moustiques et autres insectes. Parce que la population de ces oiseaux a chuté. Le DDT a finalement été interdit aux États-Unis en 1972, et depuis lors, il y a eu une augmentation spectaculaire des populations de nombreux oiseaux prédateurs.

A titre d'exemple, bien que le mercure ne soit présent qu'en faible quantité dans l'eau de mer, il est absorbé par les algues (généralement sous forme de méthylmercure). Il est efficacement absorbé, mais n'est excrété que très lentement par les organismes. La bioaccumulation et la bioconcentration entraînent une accumulation dans le tissu adipeux de niveaux trophiques successifs : zooplancton, petit necton, poissons plus gros, etc. Tout ce qui mange ces poissons consomme également le niveau plus élevé de mercure accumulé par les poissons. Ce processus explique pourquoi les poissons prédateurs tels que l'espadon et les requins ou les oiseaux comme le balbuzard pêcheur et les aigles ont des concentrations de mercure dans leurs tissus plus élevées que ce qui pourrait être expliqué par une exposition directe seule. Par exemple, le hareng contient du mercure à environ 0,01 partie par million (ppm) et le requin contient du mercure à plus de 1 ppm.

On pense que le DDT se bioamplifie et la bioamplification est l'une des raisons les plus importantes pour lesquelles il a été jugé nocif pour l'environnement par l'EPA et d'autres organisations. Le DDT est stocké dans la graisse des animaux et met de nombreuses années à se décomposer, et à mesure que la graisse est consommée par les prédateurs, les quantités de DDT se bioamplifient. Le DDT est maintenant une substance interdite dans de nombreuses régions du monde.

Aujourd'hui, la plupart de la production agricole se fait à l'aide de produits chimiques. Ces produits chimiques sont des substances inorganiques ajoutées au métabolisme de l'organisme en tant que nutriments, pour augmenter sa production. Cependant, chaque organisme a une limite jusqu'à laquelle il peut utiliser les nutriments. Tout ce qui est en plus reste là. Il reste.

Lorsque ces produits chimiques commencent à s'accumuler dans le corps d'un organisme, on parle de bioaccumulation. C'est déjà assez grave, n'est-ce pas ? Qui veut des produits chimiques dans son corps ? Mais ça ne s'arrête pas là.

LA BIOACCUMULATION MÈNE À LA BIOMAGNIFICATION

Au fur et à mesure que les produits chimiques s'accumulent dans un organisme, ils font partie des parties qui sont généralement consommées par le niveau suivant ou les organismes le long de la chaîne alimentaire. Nous avons mentionné que l'énergie transférée au niveau suivant est toujours une fraction de ce qui est disponible au niveau précédent. C'est parce que les organismes du niveau précédent utilisent l'énergie dont ils disposent. Cependant, les nutriments supplémentaires (ou produits chimiques) ne sont d'aucune utilité pour les organismes qui s'y trouvent. Par conséquent, tout cela est transféré au niveau suivant avec une fraction de l'énergie disponible précédente. Au total, nous avons maintenant moins d'énergie et une plus grande proportion de produits chimiques au niveau suivant. Ce processus d'augmentation de la concentration de produits chimiques ou de toute substance toxique d'un niveau trophique à l'autre est appelé bioamplification.

PROBLÈME MONDIAL DES DÉCHETS - Les vues ci-dessus de la planète Terre en tant que vues globales nous montrent les gyres des océans Atlantique, Indien et Pacifique et des estimations des déchets plastiques en (milliers) de morceaux de déchets plastiques par kilomètre carré de mer. Les tourbillons de l'océan Pacifique sont considérés comme les pires du moment.


Grossissement biologique vs. bioaccumulation

Il est important de noter qu'il existe une différence significative entre la bioamplification et la bioaccumulation. Bien que certains puissent utiliser les mots de manière interchangeable, ils décrivent en réalité différents scénarios dans un organisme.

Le grossissement biologique fait spécifiquement référence à l'augmentation de la concentration de matériaux dans chaque maillon supérieur de la chaîne alimentaire. Cependant, la bioaccumulation examine la présence accrue d'une substance particulière à l'intérieur d'un seul organisme.

Bien que les deux processus puissent être interconnectés, aux fins de cet article, il est important de différencier la terminologie pour comprendre les exemples et la pratique de la vie réelle.


Dans quelle mesure la bioamplification affecte-t-elle les êtres humains? - La biologie

PARTIE IV. ÉVOLUTION ET ÉCOLOGIE

16. Interactions communautaires

16.7. L'impact des actions humaines sur les communautés

Il y a très peu de la surface de la Terre qui n'a pas été modifiée par l'activité humaine. Souvent, les changements que nous provoquons ont un impact bien plus important que nous ne le pensons (How Science Works 16.1). Tous les organismes sont interconnectés dans un réseau complexe de relations. Par conséquent, avant de changer une communauté, il est sage d'analyser comment ses organismes sont interreliés. Ce n'est pas toujours facile, car il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons sur la façon dont les organismes interagissent et comment ils utilisent les molécules de leur environnement. Plusieurs leçons peuvent être tirées de l'étude des effets de l'activité humaine sur les communautés.

Expériences sur l'ensemble de l'écosystème

De nombreux problèmes environnementaux sont difficiles à résoudre car, bien qu'il existe des hypothèses sur ce qui cause un problème, la validité des hypothèses n'a pas été testée par des expériences. Par conséquent, lorsque les gouvernements cherchent à établir des politiques, il y a toujours ceux qui soutiennent qu'il y a peu de preuves tangibles que le problème est réel ou que la cause du problème n'a pas été identifiée. Voici quelques exemples : Quelles sont les causes de l'eutrophisation des lacs ? Quelles sont les causes de l'acidification des lacs et des rivières? Quelles sont les causes du changement climatique mondial ? Quelle est la probabilité que les émissions des centrales électriques au charbon entraînent une augmentation du mercure dans les poissons ? Les tests d'hypothèses les plus puissants liés à ces problèmes sont les expériences qui se déroulent à grande échelle dans des milieux naturels. Plusieurs de ces expériences ont été cruciales pour identifier les causes des problèmes environnementaux et ont conduit à des changements de politique qui ont atténué les problèmes environnementaux.

À partir de 1966, le gouvernement canadien a établi la Région des lacs expérimentaux dans l'ouest de l'Ontario. De nombreux lacs ont été désignés pour des expériences qui aideraient à répondre aux questions sur les problèmes environnementaux. Une expérience a testé l'hypothèse que le phosphore était responsable de l'eutrophisation (croissance excessive d'algues et de plantes) des lacs. Des études en laboratoire avaient suggéré que le carbone, l'azote ou le phosphore pourraient être responsables. Pour aider à déterminer lequel de ces trois nutriments était la cause de l'eutrophisation, un lac en forme d'haltère a été divisé en deux au niveau de sa « taille » étroite en plaçant un rideau en plastique à travers le lac. Une partie avait du carbone, de l'azote et du phosphore ajoutés et l'autre partie n'avait que du carbone et de l'azote ajoutés. Les résultats étaient clairs. La partie du lac avec le phosphore ajouté avait une croissance abondante d'algues et est devenue verte. L'autre portion du lac avec du carbone et de l'azote mais pas de phosphore n'en a pas (voir photo). À la suite de cette expérience, les gouvernements étaient justifiés d'exiger des fabricants de détergents qu'ils éliminent les composés phosphorés de leurs produits et d'exiger que les stations d'épuration éliminent le phosphore de leurs effluents.

D'autres expériences sur des lacs entiers ont étudié :

• Les effets des dépôts acides sur les réseaux trophiques des lacs : les poissons prédateurs meurent de faim à mesure que leurs proies disparaissent.

• Les effets de l'inondation des terres par les barrages—il y a une augmentation de la teneur en mercure des poissons et du dioxyde de carbone et du méthane sont libérés dans l'atmosphère.

• Les effets de l'enlèvement de la végétation aquatique—les populations de grand brochet ont diminué.

Après chaque expérience, le gouvernement canadien exige que le lac soit remis à son état vierge.

L'introduction d'espèces étrangères est l'un des effets les plus importants que l'homme ait eu sur les communautés naturelles. Beaucoup de ces introductions ont été des décisions conscientes. Presque toutes les plantes et animaux domestiqués en Amérique du Nord sont des introductions d'ailleurs. Le maïs, les haricots, les tournesols, les courges et les dindes sont des exceptions. Les bovins, les chevaux, les porcs, les chèvres et de nombreuses herbes introduites ont considérablement modifié les communautés d'origine présentes dans les Amériques. Les bovins ont remplacé les brouteurs d'origine sur les prairies. Les porcs sont devenus un problème majeur à Hawaï et dans de nombreux autres endroits dans le monde, où ils détruisent la communauté naturelle en déterrant les racines et en empêchant la reproduction des plantes indigènes. L'introduction d'herbes comme nourriture pour le bétail a entraîné le déclin de nombreuses espèces indigènes d'herbes et d'autres plantes qui faisaient à l'origine partie des communautés de prairies. En Australie, l'introduction de plantes et d'animaux domestiqués, ainsi que d'animaux sauvages, tels que les lapins et les renards, a considérablement réduit les populations de nombreux mammifères marsupiaux indigènes.

Les introductions accidentelles ont également considérablement modifié les communautés. La brûlure du châtaignier a essentiellement éliminé le châtaignier d'Amérique des forêts de l'est de l'Amérique du Nord. De même, une maladie fongique (maladie hollandaise de l'orme) a fortement réduit le nombre d'ormes. L'introduction accidentelle de moules zébrées a considérablement modifié les communautés d'eau douce dans l'est de l'Amérique du Nord et a considérablement réduit les populations de palourdes indigènes. La figure 16.34 montre deux espèces introduites qui ont considérablement modifié les communautés en Amérique du Nord.

FIGURE 16.34. Espèces introduites

De nombreuses espèces introduites deviennent des ravageurs. Les pissenlits et les cygnes tuberculés en sont deux exemples.

De nombreux types de grands prédateurs ont été activement détruits pour protéger le bétail. Le contrôle des prédateurs était également considéré comme important dans la gestion des espèces de gibier. Au cours des années de formation de la gestion de la faune, on pensait que les populations d'espèces de gibier pourraient être augmentées si les populations de leurs prédateurs étaient réduites. Pour ces raisons, de nombreux États ont adopté des lois pour encourager l'abattage des renards, des aigles, des faucons, des hiboux, des coyotes, des couguars et d'autres prédateurs qui pourraient tuer du bétail ou utiliser le gibier comme source de nourriture. Souvent, des primes étaient versées aux personnes qui tuaient ces prédateurs (figure 16.35).

FIGURE 16.35. Contrôle des prédateurs

À une certaine époque, les gens étaient payés pour tuer divers types de prédateurs. (a) Ces hommes reçoivent 35 $ pour chaque loup tué. (b) Ce coyote a été tué et pendu à une clôture parce qu'il était considéré comme une menace pour le bétail.

L'absence de prédateurs peut entraîner de nombreux types de problèmes. Dans de nombreuses régions métropolitaines, les cerfs sont devenus des ravageurs. Cela est dû à plusieurs raisons, y compris le fait qu'il n'y a pas de prédateurs, et la chasse (prédation par l'homme) n'est pas autorisée ou n'est pas pratique en raison de la nature fortement urbanisée de la zone. Certaines municipalités ont mis en place des programmes de contrôle chimique des naissances pour leurs populations de cerfs.

Il y a quelques années seulement, l'alligator figurait sur la liste des espèces menacées et toute chasse a été suspendue. Cependant, aujourd'hui, l'augmentation du nombre d'alligators présente un danger, en particulier pour les animaux domestiques et les enfants. La chasse est désormais autorisée dans le but de contrôler le nombre d'alligators, car les humains sont les seuls prédateurs efficaces des grands alligators.

De même, dans le parc national de Yellowstone, les populations de wapitis, de bisons et d'orignaux étaient devenues très importantes, car la chasse n'est pas autorisée et les populations de prédateurs étaient petites. En 1995, des loups ont été réintroduits dans le parc dans l'espoir qu'ils contribueraient à maîtriser les populations de wapitis et d'orignaux (figure 16.36). C'était une décision controversée, cependant, parce que les éleveurs à proximité ne voulaient pas un retour de grands prédateurs qui pourraient s'attaquer à leur bétail. Ils s'opposent également à ce que des bisons, dont beaucoup sont porteurs d'une maladie pouvant affecter le bétail, errent sur leurs terres. La population de loups a considérablement augmenté à Yellowstone et a un effet sur les populations de bisons, de wapitis et d'orignaux. Indépendamment de la politique impliquée dans la décision, Yellowstone est dans un état plus naturel aujourd'hui, avec des loups présents, qu'avant 1995.

FIGURE 16.36. La réintroduction des loups à Yellowstone

En 1995, des loups ont été capturés au Canada et déplacés vers le parc national de Yellowstone pour rétablir une population de loups. Maintenant, il y a une grande population de loups en bonne santé à Yellowstone.

En revanche, l'État de l'Alaska autorise la chasse au loup parce que de nombreux Alaskiens pensent que les loups réduisent les populations de caribous en deçà des niveaux optimaux. La chasse au caribou est une importante source de nourriture pour les indigènes de l'Alaska, et les chasseurs qui visitent l'État constituent une source importante de revenus. Cependant, de nombreux groupes s'opposent à l'abattage des loups en Alaska. Ils considèrent que la politique est malavisée et croient qu'elle n'aura pas d'effet positif sur la population de caribous.

Comme les populations de loups ont augmenté dans certaines parties du nord des montagnes Rocheuses et de la région des Grands Lacs, ils ont été retirés de la liste fédérale des espèces en voie de disparition. Plusieurs États ont rétabli les saisons de chasse au loup. La justification principale est de minimiser l'impact de la prédation du loup sur le bétail.

Certaines communautés sont fragiles et facilement détruites par l'activité humaine, tandis que d'autres semblent capables de résister aux interférences humaines. Les communautés avec une grande variété d'organismes qui montrent un niveau élevé d'interaction sont plus résistantes que celles avec peu d'organismes et peu d'interaction. En général, plus une communauté est complexe, plus elle a de chances de se rétablir après avoir été perturbée. Le biome de la toundra est un exemple de communauté avec relativement peu d'organismes et d'interactions. Il est peu résistant au changement et, en raison de sa lenteur de réparation, les dommages causés par l'activité humaine peuvent persister pendant des centaines d'années.

Certaines espèces sont plus résistantes à l'activité humaine que d'autres. Les lapins, les étourneaux, les mouffettes et de nombreux types d'insectes et de plantes sont capables de maintenir des populations élevées malgré l'activité humaine. En effet, certains peuvent même être encouragés par l'activité humaine. En revanche, les baleines, les condors, les aigles et de nombreuses espèces de plantes et d'insectes ne résistent pas très bien aux interférences humaines. Pour la plupart de ces espèces menacées, ce ne sont pas les humains qui agissent directement avec les organismes qui les mettent en danger. Très peu d'organismes ont été conduits à l'extinction par la chasse ou l'exploitation directe. Habituellement, la cause de l'extinction ou de la mise en danger est un effet indirect de la destruction de l'habitat, car les humains exploitent les communautés naturelles. À mesure que les humains convertissent les terres en zones agricoles, de pâturage, de foresterie commerciale, de développement et de gestion spéciale de la faune, les communautés naturelles sont perturbées et les plantes et les animaux aux niches étroites ont tendance à être éliminés, car ils perdent des ressources essentielles dans leur environnement. La figure 16.37 montre divers types de destruction d'habitats, et le tableau 16.3 énumère huit espèces en danger et menacées et les causes probables de leurs difficultés.

FIGURE 16.37. Destruction de l'habitat

La destruction des habitats par la construction de villes, la conversion des terres en terres agricoles et les pratiques forestières commerciales a un impact majeur sur les types d'organismes qui peuvent survivre dans notre monde.

TABLEAU 16.3. Espèces en voie de disparition et menacées

Corbeau hawaïen (Corvis hawaiinsis)

Prédation par le chat et la mangouste introduits, maladie, destruction de l'habitat

chevesne de Sonora (Gila ditaenia)

Compétition avec des espèces introduites dans les cours d'eau en Arizona et au Mexique

Furet à pieds noirs (Mustela nigripes)

L'empoisonnement des chiens de prairie (leur principale nourriture)

Milan escargot (Rostrhamus sociabilis)

Des habitudes alimentaires spécialisées (ils ne mangent que des escargots à la pomme), l'assèchement des marais en Floride

Ours grizzli (Ursus arctos)

La perte de zones sauvages

Condor de Californie (Gymnogyps californianus)

Reproduction lente, empoisonnement au plomb

Tortue à dos annelé (Graptemys oculifera)

La modification de l'habitat par la construction d'un réservoir dans le Mississippi qui a réduit leur principale source de nourriture

Gommage à la menthe (Dicerandra frutescens)

La conversion de leur habitat en vergers d'agrumes et en logements en Floride

Les humains ont développé une variété de produits chimiques pour contrôler des parasites spécifiques. Ces produits chimiques ont une variété de noms. Les herbicides sont utilisés pour tuer les plantes. Les insecticides sont utilisés pour tuer les insectes. Les fongicides sont utilisés pour tuer les champignons. Souvent, tous ces types de produits chimiques sont regroupés dans une grande catégorie, les pesticides, car ils sont utilisés pour lutter contre divers types de parasites. Bien que divers types de pesticides soient utiles pour contrôler les maladies chez les populations humaines et animales domestiques et pour contrôler les parasites dans l'agriculture, ils ont également des effets négatifs sur la communauté.

Un problème associé à l'utilisation continue de pesticides est que les parasites deviennent résistants à ces produits chimiques. Lorsqu'un pesticide est utilisé, la plupart des parasites sont tués. Cependant, certains peuvent être capables de résister à ses effets. Lorsque ces survivants se reproduisent, ils transmettent leurs gènes de résistance à leur progéniture, et la génération suivante est moins sensible au pesticide. En fin de compte, des populations résistantes se développent et le pesticide n'est plus utile.

Un autre problème associé à l'utilisation des pesticides est les effets qu'ils ont sur les organismes non cibles de valeur. Les insecticides tuent généralement une grande variété d'organismes autres que les espèces nuisibles ciblées. Souvent, d'autres espèces de la communauté jouent un rôle dans la lutte contre les ravageurs. Les prédateurs tuent les parasites et les parasites les utilisent comme hôtes. Généralement, les prédateurs et les parasites se reproduisent plus lentement que leurs proies ou leurs hôtes. Pour cette raison, l'utilisation d'un insecticide non spécifique peut indirectement rendre le contrôle d'un ravageur plus difficile. Si un tel insecticide est appliqué sur une zone, le ravageur est tué, mais ses prédateurs et parasites le sont également. Parce que le ravageur herbivore se reproduit plus rapidement que ses prédateurs et parasites, la population du ravageur rebondit rapidement, sans être contrôlé par la prédation naturelle et le parasitisme (figure 16.38).

FIGURE 16.38. Utilisation de pesticides

Les pesticides sont utilisés pour lutter contre les parasites qui blessent ou concurrencent les cultures et les animaux domestiques. Leur utilisation a plusieurs effets sur les communautés végétales et animales où elles sont utilisées.

Aujourd'hui, une approche plus éclairée de la lutte antiparasitaire est la gestion intégrée des ravageurs, qui utilise une variété d'approches pour réduire les populations de ravageurs. La gestion intégrée des ravageurs comprend l'utilisation de pesticides dans le cadre d'un programme de lutte antiparasitaire, mais elle comprend également des stratégies telles que l'encouragement des ennemis naturels des ravageurs, la modification des pratiques agricoles pour décourager les ravageurs, la modification de la combinaison de cultures cultivées et l'acceptation de faibles niveaux de récolte. dommages comme alternative aux applications coûteuses de pesticides.

L'utilisation de produits chimiques persistants a un effet sur la chaîne alimentaire. Les produits chimiques qui ne se décomposent pas sont transmis d'un organisme à l'autre, et les organismes des niveaux trophiques supérieurs ont tendance à accumuler des quantités plus importantes que les organismes dont ils se nourrissent. Cette situation est connue sous le nom de bioamplification.

L'histoire de l'utilisation du DDT illustre les problèmes associés aux molécules organiques persistantes. Le DDT était un insecticide très efficace car il était extrêmement toxique pour les insectes mais peu toxique pour les oiseaux et les mammifères. C'est aussi un composé très stable, ce qui signifie qu'une fois appliqué, il reste efficace longtemps. Cependant, lorsqu'une zone aquatique a été pulvérisée avec une faible concentration de DDT, de nombreux types d'organismes de la zone peuvent accumuler de minuscules quantités dans leur corps. Parce que les marais et autres endroits humides sont de bons habitats pour les moustiques, ces zones ont souvent été pulvérisées pour lutter contre ces ravageurs. Même les algues et les protozoaires présents dans les écosystèmes aquatiques accumulent des pesticides persistants. Ils peuvent accumuler dans leurs cellules des concentrations 250 fois plus concentrées que la quantité pulvérisée sur l'écosystème. Les algues et les protozoaires sont mangés par les insectes, qui à leur tour sont mangés par les grenouilles, les poissons et autres carnivores.

La concentration dans les grenouilles et les poissons peut être 2 000 fois la concentration pulvérisée. Les oiseaux qui se nourrissent de grenouilles et de poissons peuvent accumuler des concentrations jusqu'à 80 000 fois supérieures à la quantité initiale. Étant donné que le DDT est relativement stable et qu'il est stocké dans les dépôts de graisse des organismes qui l'absorbent, ce qui était à l'origine une concentration diluée devient plus concentré au fur et à mesure qu'il remonte la chaîne alimentaire (figure 16.39).

FIGURE 16.39. La bioamplification du DDT

Tous les chiffres indiqués sont en parties par million (ppm). Une concentration d'une partie par million signifie que, dans un million de parties égales de l'organisme, l'une des parties serait du DDT. Remarquez comment la quantité de DDT dans le corps des organismes augmente des producteurs aux herbivores aux carnivores. Parce que le DDT est persistant, il s'accumule dans les niveaux trophiques supérieurs de la chaîne alimentaire.

Avant l'interdiction de l'utilisation du DDT aux États-Unis en 1972, de nombreux animaux à des niveaux trophiques supérieurs mouraient à cause des concentrations mortelles de pesticides accumulées dans la nourriture qu'ils mangeaient. Chaque étape de la chaîne alimentaire accumulait du DDT, par conséquent, les niveaux trophiques supérieurs avaient des concentrations plus élevées. Même s'ils n'ont pas été tués directement par le DDT, de nombreux oiseaux des niveaux trophiques supérieurs, tels que les aigles, les pélicans et les balbuzards pêcheurs, ont subi des populations réduites. Cela s'est produit parce que le DDT a interféré avec la capacité des oiseaux femelles à produire des coquilles d'œufs. Les coquilles d'œufs minces se cassent facilement, donc aucun jeune vivant n'éclos. Le pygargue à tête blanche et le pélican brun ont tous deux été placés sur la liste des espèces menacées parce que leurs populations avaient chuté de façon spectaculaire à la suite d'un empoisonnement au DDT. L'interdiction de l'utilisation du DDT aux États-Unis et au Canada a entraîné une augmentation des populations des deux types d'oiseaux. Parce que les populations se sont rétablies, le pygargue à tête blanche a été retiré de la liste des espèces en voie de disparition en 2007 et le pélican brun en 2009.

Plusieurs autres composés chimiques sont également préoccupants aujourd'hui car ils sont bioamplifiés dans les chaînes alimentaires. Ceux-ci comprennent les polychlorobiphényles (PCB), les dioxines, le méthylmercure et de nombreux autres composés. Étant donné que ces composés peuvent atteindre des concentrations élevées dans les poissons qui se trouvent au sommet de la chaîne alimentaire, de nombreux États et pays publient des avis mettant en garde les gens de ne pas manger de grandes quantités de ces poissons. Lorsque la production de PCB a été arrêtée en 1979, le niveau de contamination des poissons a diminué.

20. Pourquoi le DDT et les PCB augmentent-ils en concentration dans le corps des organismes à des niveaux trophiques plus élevés ?

21. Quelle est la forme la plus courante de destruction de l'habitat pratiquée par les humains ?

22. Citez trois espèces introduites qui sont devenues nuisibles et expliquez pourquoi elles sont devenues nuisibles.

23. Qu'arrive-t-il à une communauté d'organismes lorsque les prédateurs sont éliminés ?

24. Décrivez deux conséquences négatives de l'utilisation de pesticides.

Chaque organisme d'une communauté occupe un espace spécifique, appelé son habitat, et a un rôle fonctionnel spécifique à jouer, appelé sa niche. L'habitat d'un organisme est généralement décrit en termes d'un élément visible de son environnement. La niche est difficile à décrire, car elle implique de nombreuses interactions avec l'environnement physique et d'autres êtres vivants.

Les interactions entre organismes appartiennent à plusieurs catégories. La prédation est un organisme qui profite (prédateur) au détriment de l'organisme tué et mangé (proie). Le parasitisme est un organisme qui profite (parasite) en vivant dans ou sur un autre organisme (hôte) et en s'en nourrissant. Les organismes qui transportent des parasites d'un hôte à un autre sont appelés vecteurs. Des relations commensales existent lorsqu'un organisme est aidé mais que l'autre n'est pas affecté. Mutualistic relationships benefit both organisms. Symbiosis is any interaction in which two organisms live together in a close physical relationship. Competition causes harm to both of the organisms involved, although one may be harmed more than the other and may become extinct, evolve into a different niche, or be forced to migrate.

A community consists of the interacting populations of organisms in an area. The organisms are interrelated in many ways in food chains, which interlock to create food webs. Because of this interlocking, changes in one part of the community can have effects elsewhere.

Major land-based regional communities are known as biomes. The temperate deciduous forest, boreal coniferous forest, tropical rainforest, temperate grassland, desert, savanna, temperate rainforest, and tundra are biomes.

Aquatic ecosystems can be divided into marine and freshwater systems. Several kinds of marine ecosystems are: pelagic, benthic, coral reef, abyssal, and shoreline ecosystems. Freshwater ecosystems are generally separated into streams and rivers in which the water is running downhill and lakes and ponds in which it is not.

Communities go through a series of predictable changes that lead to a relatively stable collection of plants and animals. This process of change is called succession, and the resulting stable unit is called a climax community.

Organisms within a community are interrelated in sensitive ways thus, changing one part of a community can lead to unexpected consequences. The introduction of foreign species, predator-control practices, habitat destruction, pesticide use, and biomagnification of persistent toxic chemicals all have caused unanticipated changes in communities.

1. The role an organism plays in its surroundings is its

2. The kind of interrelationship between two organisms in which both are harmed is _____.

3. A desert is always characterized by

b. low amounts of precipitation.

c. few kinds of plants and animals.

4. When a community is naturally changing with the addition of new species of organisms and the loss of others, _____ is occurring.

5. When two organisms cooperate and both derive benefit from the relationship, it is known as commensalism. (T/F)

6. Most of the plants and animals involved in agriculture are introduced from other parts of the world. (T/F)

7. A biome that has trees adapted to long winters is known as a

b. temperate deciduous forest.

c. boreal coniferous forest.

8. If a forest is destroyed by a fire, it will eventually return to being a forest. This process is known as _____ succession.

9. A collection of organisms that interact with one another in an area is known as a

10. The idea that no two organisms can occupy the same niche is known as the competitive exclusion principle. (T/F)

11. The tundra biome has permafrost. (T/F)

12. Plankton organisms are strong swimmers. (T/F)

13. Which of the following organisms are common in freshwater ecosystems and rare in marine ecosystems?

14. Which of the following have resulted in reductions in species native to an ecosystem?

15. In marine ecosystems, pelagic organisms are located on the bottom. (T/F)

1. a 2. competition 3. b 4. succession 5. F 6. T 7. c 8. secondary 9. a 10. T 11. T 12. F 13. d 14. d 15. F

Natural and Managed Ecosystems

Farmers are managers of ecosystems. Consider a cornfield in Iowa. Describe five ways in which the cornfield ecosystem differs from the original prairie it replaced. At what trophic level does the farmer exist?

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Biodegradability

B.R. Zaidi , S.H. Imam , in Encyclopedia of Ecology , 2008

Threshold Concentration

In aquatic environments, chemicals that are accumulated through biomagnification may eventually become toxic to higher organisms as well. The lowest substrate concentration that is required to sustain growth of a species is generally referred to as ‘threshold’ concentration. In biodegradation, it is the lowest toxic substrate concentration below which a microorganism cannot degrade the toxic substrate any further. Definitive proof of existence of threshold substrate concentration was obtained from biodegradation studies where one bacterium isolated from environmental samples was capable of degrading a toxic substrate at certain concentration, but failed to degrade the same substrate in quantities below their threshold concentration. However, the other bacterium isolated from same environment degraded the same chemical at considerably lower concentrations, indicating that different bacteria have different threshold values.


Instructions

Feed the bird by dragging clams and fish into it until it is full. First, feed the bird clams only, then just fish, and finally feed it a mixed diet. Try each feeding strategy several times.

Only after you understand how diet affects the seabird, click on the "show toxins" button to reveal the relative environmental distribution of mercury, represented by the orange dots. [The "reset" button on the "show toxins" screen will return you to the activity if you want to try feeding the duck again.] Then, answer the questions that follow.


Conclusion

Bioaccumulation and biomagnification of MPs, and associated chemical additives, in marine environments are often inferred in the literature on marine MP contamination. This review demonstrates that MP contamination occurs across all five main trophic levels in a general marine food web. Moreover, bioaccumulation of MPs occurs in numerous individual marine species across four main trophic levels representing consumers. The relative importance of different exposure pathways contributing to MP bioaccumulation, however, is not necessarily clear and needs further examination. While chemical additives have been detected in a few marine species collected in situ, results from laboratory exposures indicate that environmental exposure to chemical additives en soi affects bioaccumulation more strongly than exposure to chemical additives associated with MPs. In contrast to MP bioaccumulation, this meta-analysis of in situ studies does not support biomagnification of MPs from lower to higher trophic levels in a general marine food web, even though trophic transfer of MPs has been reported in a few laboratory studies. Indeed, MP bioaccumulation appears to be more strongly linked with feeding strategies, rather than trophic levels, of marine species. Finally, bioaccumulation and biomagnification are two critical concepts used in ecological risk assessments to determine the extent of pollutant transport within food webs. This review highlights the need for targeted field-based and experimental studies to elucidate the possible routes of uptake of MPs (and associated chemicals) and provide confidence in the use of these endpoints in the MP literature.


Classic example: DDT

DDT stands for ichloro, iphenyl trichloroethane. C'est un chlorinated hydrocarbon, a class of chemicals which often fit the characteristics necessary for biomagnification. DDT has a half-life of 15 years, which means if you use 100 kg of DDT, it will break down as follows:

This means that after 100 years, there will still be over a pound of DDT in the environment. If it does bioaccumulate and biomagnify, much of the DDT will be in the bodies of organisms. DDT actually has rather low toxicity to humans (but high toxicity to insects, hence its use as an insecticide). Because it could be safely handled by humans, it was extensively used shortly after its discovery just before WW II. During the war, it was used to reduce mosquito populations and thus control malaria in areas where US troops were fighting (particularly in the tropics). It was also used on civilian populations in Europe, to prevent the spread of lice and the diseases they carried. Refugee populations and those living in destroyed cities would have otherwise faced epidemics of louse-born diseases. After the war, DDT became popular not only to protect humans from insect-borne diseases, but to protect crops as well. As the first of the modern pesticides, it was overused, and soon led to the discovery of the phenomena of insect resistance to pesticides, bioaccumulation, and biomagnification.

One of the most bizarre events to accompany this early use of DDT occurred when it became necessary to parachute cats into remote jungle villages in what was then Burma. The following account was taken from a source at Cornell University:

In the early 1950s, the Dayak people in Borneo suffered from malaria. The World Health Organization had a solution: they sprayed large amounts of DDT to kill the mosquitoes which carried the malaria. The mosquitoes died, the malaria declined so far, so good. But there were side-effects. Among the first was that the roofs of people's houses began to fall down on their heads. It seemed that the DDT was also killing a parasitic wasp which had previously controlled thatch-eating caterpillars. Worse, the DDT-poisoned insects were eaten by geckoes, which were eaten by cats. The cats started to die, the rats flourished, and the people were threatened by outbreaks of sylvatic plague and typhus. To cope with these problems, which it had itself created, the World Health Organization was obliged to parachute live cats into Borneo.

By the 1960's, global problems with DDT and other pesticides were becoming so pervasive that they began to attract much attention. Credit for sounding the warning about DDT and biomagnification usually goes to the scientist Rachel Carson (biography), who wrote the influential book Silent Spring (1962). The silent spring alluded to in the title describes a world in which all the songbirds have been poisoned. Her book of course was attacked by many with vested interests.

I recently came across an essay from Jonathan Tolman at the Competitive Enterprises Institute which completely misses the main point we get from Silent Spring. I guess the fact that people are still scared of the book 35 years later says something about its message. Sure, scientific discoveries have shown weaknesses in some of Carson's positions, but the basic message that indiscriminate use of pesticides will have lasting and detrimental effects remains strong. The author's point in the CEI essay seems to be that if nature makes dangerous chemicals, why should we be concerned when humans make more dangerous chemicals and in huge quantities, then spread them around out of airplanes so everyone gets a dose? It's amazing what people will say to make a buck. I note that his on-line resume lists a bachelor's degree in Political Science, presumably that degree qualified him for work as an environmental and chemical analyst. Anyway, back to science:


Urine: Concentration, Dilution & Formation | Excretory System | La biologie

The normal kidney has tremendous capability to vary the relative proportions of solutes and water in the urine. They can excrete urine with an osmolarity as low as 50 mOsm/L, when there is excess water in the body and ECF osmolarity low. They can also excrete urine with a concentration of 1200-1400 mOsm/L, when there is a deficit of water and extracellular fluid osmolarity high.

Obligatory Urine Volume (OUV):

The maximal concentrating ability of the kidney depends on how much urine volume must be excreted each day, to void the body of waste products of metabolism and ions that are ingested. A normal 70 kg human must excrete about 600 mOsm of solute each day.

If maximum urine concentrating ability is 1200 mOsm/L, the minimal volume of urine is OUV can be calculated as:

(600 mOsm/day)/(1200 mOsm/L) = 0.5 L/day

Requirements for Excreting Concentrated Urine:

2. Hyperosmotic renal medulla.

When osmolarity of the body fluids increases above normal the posterior pituitary secretes more ADH.

This increases the permeability of the distal tubule and collecting duct to water. So, more water is reabsorbed and concentrated urine is formed.

When there is excess water and ECF osmolarity is reduced, ADH from posterior pituitary decreases, thereby reducing permeability of distal tubule and collecting duct to water causing dilute urine.

Hyperosmotic Renal Medulla:

Hyperosmotic renal medulla is produced by counter-current mechanism and urea.

The renal medullary interstitium surrounding the collecting duct is very hyperosmotic. So, when ADH levels are high, the water moves through the tubular membrane by osmosis into the renal interstitium, from there into vasa recta back into blood.

The countercurrent mechanism depends on the special anatomical arrangement of the long loops of Henle of juxtamedullary nephrons and the vasa recta, the specialized peritubular capillaries of the renal medulla. Loop of Henle is called as countercurrent multiplier and vasa recta as countercurrent exchanger.

The corrected osmolar activity which accounts for intermolecular attraction and repulsion is about 282 mOsm/L. The osmolarity of renal interstitium is about 1200 to 1400 mOsm/L in the tip of medulla.

The major factors that contribute to high solute concentration into the renal medulla are:

1. Active transport of sodium ions and cotransport of potassium chloride out of the thick ascending limb of LOH into medullary interstitium.

2. Active transport of ions from the collecting ducts into the medullary interstitium.

3. Passive diffusion of large amounts of urea from inner medullary CD into the medullary interstitium.

4. Diffusion of only small amounts of water from tubules into interstitium.

Countercurrent Multiplier System in the Loop of Henle (Fig. 8.24):

Assume the loop of Henle (LOH) is filled with fluid with a concentration of 300 mOsm/L, the same concentration as in proximal tubule.

The active transport of Na + and other ions out of thick ascending limb of LOH reduces the concentra­tion of solute inside tubule but raising in interstitium.

The tubular fluid in the descending limb of LOH and interstitium reaches osmotic equilibrium because of osmosis of water out of descending limb. The osmolarity in interstitium maintained at 400 mOsm/L.

It is additional flow of fluid into LOH from proximal tubule which causes hyperosmotic fluid in descending limb to move into ascending limb.

When fluid is in ascending limb, additional ions are pumped into interstitium with water remaining behind until a 200 mOsm/L osmotic gradient is reached, with interstitium fluid osmolarity raising to 500 mOsm/L.

Once again the fluid in descending limb reaches equilibrium with hyperosmotic interstitial fluid. This fluid moves from descending limb to ascending limb so more solute is pumped out of the tubules and deposited in interstitium. These steps are repeated again and again till interstitium osmolarity reaches 1200-1400 mOsm/L.

Urea Contribution to Hyperosmotic Renal Medullary Interstitium (Fig. 8.25):

Urea contributes about 40% (500 mOsm/L) of osmolarity of the renal medullary interstitium. When there is water deficit and ADH levels in blood are high, large amounts of urea are passively released from inner medullary collecting duct into interstitium which is highly permeable to urea.

Urea can also be re-circulated from collecting duct into interstitium. The thick ascending limb of LOH, distal tubule and cortical collecting duct are imper­meable to urea. A person usually excretes 40-60% of filtered urea.

Excretion depends on two factors:

une. Concentration of urea in plasma.

Countercurrent Exchange in the Vasa Recta Preserves Hyperosmolarity (Fig. 8.26):

The vasa recta are highly permeable to solutes in the blood, except for the plasma proteins. Plasma flowing down the descending limb of vasa recta becomes more hyperosmotic because of diffusion of solutes from interstitial fluid into blood. In the ascending limb LOH, solutes diffuse back into interstitial fluid and water diffuses back into vasa recta.

Osmolar Clearance (Cosm):

It is the volume of plasma cleared of solutes each minute. It is expressed in ml/min.

Uosm is urine osmalarity. V is urine flow rate. Posm is plasma osmolarity.

Free Water Clearance (CH2O):

The rate at which solute-free water is excreted by the kidneys. It is expressed in ml/min.

It is calculated as the difference between urine flow rate and osmolar clearance. When CH2O is positive, excess water is being excreted by kidney. When CH2O is negative excess solutes are being removed from the blood by kidneys.

Disorders of Urine Concentrating Ability:

1. Inappropriate secretion of ADH as in central diabetes insipidus, cause being congenital infections or head injuries.

2. Impairment of countercurrent mechanisms.

3. Inability of DT, CD to respond to ADH. In conditions like nephrogenic diabetes insipidus and in usage of various drugs like lithium and tetracyclines, even if ADH is produced in normal amounts, abnormality of kidneys makes them to fail to respond to ADH.

Formation of Urine—Glomerular Filtration:

The rate at which different subs the urine represents the sum of three renal processes:

2. Tubular reabsorption of substances from the renal tubules into the blood.

3. Tubular secretion of substances from the blood into renal tubules.

Excretion = Filtration – Reabsorption + Secretion

Urine Formation Renal Handling of Substances:

Four classes of substances:

une. Filtered, not reabsorbed (creatinine, inulin, uric acid).

b. Filtered, partly reabsorbed (Na + , CI – , bicarbonate).

c. Filtered, totally reabsorbed (amino acids, glucose).

ré. Filtered, totally secreted (organic acids and bases).

Glomerular Filtration (Fig. 8.13):

It is the first step in urine formation.

Glomerular filtrate is produced from blood plasma. It must pass through the glomerular membrane which is relatively impermeable to proteins. So the filtrate is similar to plasma in terms of concentrations of salts and of organic molecules (e.g., glucose, amino acids) except it is essentially protein-free and devoid of cellular elements including red blood cells.

Formation of Urine—Tubular Reabsorption and Tubular Secretion:

Tubular reabsorption and tubular secretion are selective and quantitatively large. It includes both passive and active transport mechanisms. Water and solutes can be transported through all membranes themselves (transcellular route) or through the junctional spaces between the cells (paracellular route). From the cells into interstitial fluid, water and solutes are transported by ultrafiltration (bulk flow) mediated by hydrostatic and colloid osmotic forces.

Potassium ATPase, hydrogen ATPase, hydrogen-potassium ATPase and calcium ATPase are examples of primary active transport. It moves solutes against an electrochemical gradient. The energy is provided by the membrane bound ATPase.

In secondary active co-transport of glucose and amino acids, sodium diffuses down its electrochemical gradient the energy released is used to drive another substance that is glucose/amino acid.

2. Secondary Active Counter Transport:

Sodium hydrogen counters transport. The energy liberated from the downhill of one of the substances (e.g., sodium) enables uphill of a second substance (hydrogen) in the opposite direction.

Reabsorption of proteins occurs by this process. In this, protein gets attached to the brush border of the luminal membrane which invaginates into the interior of the cell until it completely pinches off and a vesicle is formed.

As water moves across the tight junctions by osmosis, it can also carry with it some of the solutes a process called solvent drag.

Transport maximum (Tm) for substances that are actively reabsorbed or secreted. There is a limit to the rate at which the solute can be transported, termed as transport maximum. This is due to the saturation of the specific transport systems involved when the tubular load of solutes exceed the capacity of the carrier proteins involved in the transport process.

There is a relation between tubular load of glucose, Tm for glucose and rate of glucose loss in the urine, when tubular load is 125 mg/min, there is no loss of glucose in urine. When tubular load rises above 180 mg/min, a small amount appears in the urine that is called renal threshold for glucose. This appearance of glucose occurs even before Tm is reached. The reason being not all nephrons have same Tm for glucose.

The ideal curve shown in this diagram (Fig. 8.18) is obtained if the Tmg in all the tubules was identical. This is not the case in humans, the actual curve is rounded and deviates from the ideal curve. This deviation is called splay. The magnitude of the splay is inversely proportionate to the avidity with which the transport mechanism binds the substance it transports. Tm for actively secreted substances.

Gradient Time Transport:

It is for passively reabsorbed substances which depend on the electrochemical gradient and the time that the substance is in the tubule which in turn depends on the tubular flow rate.

Regulation of Tubular Reabsorption:

Sympathetic nervous system stimulation decreases.

une. Sodium and water excretion by constricting the renal arterioles.

b. Increase Na reabsorption in proximal tubule and thick ascending limb of LOH.

c. Increases renin and angiotensin II release.

Hormones that regulate tubular reabsorption:

Site of action ― Collecting duct.

Effects ― Increases NaCl, H2O reabsorption increases K + secrection.

Site of action ― Proximal convoluted tubule, thick ascending limb of loop of Henle.

Effects ― Increases Nacl, H2O reabsorption and H + secrection

Site of action ― Distal tubule/Collecting duct

Effects ― Increases H2O reabsorption

Site of action ― Distal tubule/Collecting duct

Effects ― Increases NaCl reabsorption

Site of action ― Proximal tubule, thick ascending limb, distal tubule

Effects ― Decrease PO4 – reabsorption in proximal tubule

Increases Ca ++ release in loop of Henle

Increases Mg + reabsorption in loop of Henle

une. Glomerulotubular balance: Increased GFR increases the tubular load thereby increasing tubular reabsorption.

b. Peritubular capillary and renal interstitial forces. Reabsorption = KF × Net reabsorption force (NRF).

The NRF represents the sum of hydrostatic and colloid osmotic forces which favor or oppose reabsorption across peritubular capillaries.

These forces are (Fig. 8.19):

une. Peritubular hydrostatic (Pc) pressures oppose RA = 13 mm Hg.

b. Renal interstitial hydrostatic (Psi) favoring RA = 6 mm Hg.

c. Colloid osmotic pressure in peritubular capillaries favors RA (C) = 32 mm Hg.

ré. Colloid osmotic pressure in renal interstitium opposes RA (si) = 15 mm Hg.

Proximal Convoluted Tubules:

je. Reabsorbs 65% of glomerular filtrate by active transport.

ii. Reabsorbs Na + , CP, HCO3, K + , Ca + , H2O, glucose, amino acids, vitamins, uric acid and phosphates. Pars recta secretes substances like creatinine, phenolphthalein dyes, PAH, acids, bases, drugs like penicillin, sulphonamides.

Descending thin segment is highly permeable to water. Water moves out of nephron reducing the volume of filtrate and increasing its osmolarity.

Ascending thick segment is not permeable to water but is permeable to solutes. 25% of filtered solutes are reabsorbed.

Distal Tubule (Fig. 8.20):

The very first portion of the distal tubule forms part of JG apparatus. The next early part is highly convoluted and has same re-absorptive characteristics as that of ascending limb of loop of Henle. Na + , Cl – H2O, HCO3, Ca + and K + are reabsorbed but impermeable to water and urea. This is also known as diluting segment because it dilutes the tubular fluid.

The second part of the distal tubule is the late distal tubule continues as cortical collecting tubule having principal cells and intercalated cells. The tubular membranes are impermeable to urea is concerned with Na + , CI – reabsorption, HCO3 secretion, HCO3 reabsorption, secretion of K + and H + secretion. The permeability of the tubules to water is controlled by antidiuretic hormone (ADH) (Fig. 8.21).

Medullary Collecting Duct:

They are the final site for processing urine. The permeability to water depends on presence of ADH. They are permeable to urea and secrete H + against a large concentration gradient. 15% of solutes are reabsorbed in distal tubule and collecting duct.

Sodium and Chloride Reabsorption:

Na + is reabsorbed in PCT, thick segment of LOH and distal nephron except in thin segment.

Unidirectional Na Transport:

Movement of Na + against concentration gradient-glucose, amino acids and phosphate are transported with it.

Na + — H + exchange (antiport)

In thick ascending limb-25%:

1 Na + — 1 K + — 2 CI – symporter.

Unidirectional Na + transport but under the influence of aldosterone.

Glucose and Amino Acid Reabsorption:

ii. Na + cotransport mechanism.

Sodium dependent glucose transporter (SGLT) on luminal (apical) membrane and glucose transporter on the basolateral membrane (GLUT).

Passive transport by osmosis (couples to Na re­absorption).

Solvent drag through paracellular route—water takes Na + , CI – , K + , Ca + , Mg + along with it. As the substances are absorbed proportionally, the fluid remains isotonic at the end of PCT. This passive reabsorption of water is called obligatory type of reabsorption.

ADH introduces water channels called aquaporins which allows water absorption. Water is absorbed from collecting duct only in the presence of ADH. This is called facultative type of reabsorption.

Potassium and Reabsorption Secretion (Fig. 8.21):

In PCT- Solvent drag through paracellular route causes K + reabsorption.

Minimal secretion of K + occurs through the luminal membrane.

In Thick Ascending Limb:

1 Na + — 1 K + 2 Cl – co-transporter causes reabsorption.

In late distal tubule and collecting duct, P cells, reabsorb Na + and secrete K + . I cells reabsorb K + and HCO3, secretes H + ions.


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