Экотоксикодинамика как раздел экологической токсикологии: эффекты токсикантов нового поколения в окружающей среде (обзор)

Аннотация

В обзоре дана краткая характеристика экотоксикодинамики как раздела экологической токсикологии, включающая предмет исследований, элементы теоретической базы и актуальные научные направления. Показано, что развитие экотоксикодинамических исследований на современном этапе связано с оценкой качества окружающей среды и экологических рисков, разработкой базы данных для экологического нормирования химических веществ, изучением процессов деградации и самовосстановления природных экосистем. Особое внимание уделено анализу достижений в изучении действия новых видов экотоксикантов на примере наночастиц, микропластика, лекарственных средств и пищевых добавок. Показана потенциальная возможность проявления ими токсических эффектов от генетического до экосистемного уровней, в том числе и при реально существующем содержании в экосистемах. В организмах данные эффекты проявляются как гено- и цитотоксичность и отражаются в нарушениях ферментативных систем, репродуктивной сферы и иммунного статуса, в изменении поведенческих реакций, снижении темпов роста и развития организмов, скорости фотосинтеза и др. В экосистемах это может приводить к уменьшению численности чувствительных видов и даже к их исчезновению, негативным изменениям в межвидовых взаимоотношениях, падению биоразнообразия и продуктивности биоценоза. Показаны пробелы в изучении новых экотоксикантов, для их ликвидации предложены перспективные направления исследований, в частности: выявление сублетальных эффектов при реально существующих нагрузках в экосистемах; оценка возможности развития хронического и отсроченного действия; изучение влияния свойств экотоксиканта и факторов окружающей среды на экотоксичность, учет последствий комбинированного действия группы экотоксикантов и продуктов их трансформации. Как проблемные аспекты авторами исследовательских работ отмечаются: (1) различия в «сценарии» проведения экспериментов у разных авторов, что затрудняет выявление общих закономерностей проявления токсического действия экотоксикантов в экосистемах; (2) применение в модельных экспериментах стандартных сред, не отражающих реальные природные условия, что снижает практическую значимость полученных результатов.

Литература

1.               Агапкина Г.И., Столбова В.В., Щеглов А.И. и др. Экологическая токсикология как междисциплинарное научное направление: истоки и опыт современности (обзор) // Вестн. Моск. ун-та. Серия 17. Почвоведение. 2025а. Т. 80, № 1. С. 107–121. https://doi.org/10.55959/MSU0137-0944-17-2025-80-1-107-121

2.               Агапкина Г.И., Столбова В.В., Щеглов А.И. и др. Экотоксикокинетика как раздел экологической токсикологии (Обзор) // Вест. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2025б. Т. 80, № 2. С. 22–34. https://doi.org/10.55959/MSU0137­0944­17­2025­80­2­22­34

3.               Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоценотический аспекты. Екатеринбург, 2006. 279 c.

4.               Воробейчик Е.Л. Экологическое нормирование: на пути к обобщающей теории // Экологическое нормирование и управление качеством почв и земель. М., 2013. С. 39–60.

5.               Воробейчик Е.Л. Естественное восстановление наземных экосистем после прекращения промышленного загрязнения. 1. Обзор современного состояния исследований // Экология. 2022. № 1. C. 3–41. https://doi.org/10.31857/s0367059722010115

6.               Зайцева М.В., Сураева Н.М., Самойлов А.В. и др. Эффекты комбинированного воздействия на корни Allium cepa потенциальных загрязнителей окружающей среды бензойной и сорбиновой кислот // Проблемы агрохимии и экологии. 2020. № 4. C. 56–62. https://doi.org/10.26178/AE.2020.54.71.009

7.               Иванов М.Б. Общетоксикологические аспекты лекарственной экотоксикологии // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2024. № 12. C. 12–17.

8.               Колесников С.И., Тимошенко А.Н., Казеев К.Ш. и др. Оценка экотоксичности наночастиц меди, никеля и цинка по биологическим показателям чернозема // Почвоведение. 2019. № 8. С. 986–992. https://doi.org/10.1134/S0032180X19080094

9.               Куценко С.А. Основы токсикологии. СПб., 2002. 395 c.

10.            Самойлов А.В., Сураева Н.М., Зайцева М.В. Оценка последствий токсических эффектов пищевых подсластителей методом биотестирования // Пищевые системы. 2023. Т. 6, №1. C. 95–102. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-95-102

11.            Соседова Л.М., Новиков М.А., Титов Е.А. Воздействие наночастиц металлов на почвенный биоценоз (обзор литературы) // Гигиена и санитария. 2020. Т. 99, № 10. C. 1061–1066. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-10-1061-1066

12.            Терехова В.А. Биотестирование экотоксичности почв при химическом загрязнении: современные подходы к интеграции для оценки экологического состояния (обзор) // Почвоведение. № 5. С. 586–599. https://doi.org/10.31857/S0032180X22050094

13.            Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызов человечеству. М., 2002. 366 c.

14.            Arumugam A., Lee K.E., Ng P.Y. et al. Pharmaceuticals as emerging pollutants: Implications for water resource management in Malaysia // Emerging Contaminants. 2025. Vol. 11, № 2. 100470. https://doi.org/10.1016/j.emcon.2025.100470

15.            Ayub M.A., Zia Ur Rehman M., Ahmad H.R. et al. Influence of ionic cerium and cerium oxide nanoparticles on Zea mays seedlings grown with and without cadmium // Environ. Pollut. 2023. Vol. 322. 121137. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2023.121137

16.            Bandyopadhyay S., Plascencia-Villa G., Mukherjee A. et al. Comparative phytotoxicity of ZnO NPs, bulk ZnO, and ionic zinc onto the alfalfa plants symbiotically associated with Sinorhizobium meliloti in soil // Science of the Total Environment. 2015. Vol. 515–516. P. 60-69. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.02.014

17.            Baloš M., Petrović A., Tubić A. et al. Effects of Polyethylene Microplastics in Agricultural Soil on Eisenia fetida (Annelida: Oligochaeta) Behavior, Biomass, and Mortality // Agriculture. 2024. Vol. 14, № 4. 578. https://doi.org/10.3390/agriculture14040578

18.            Banan A., Forouharmehr A., Kalbassi M.R. et al. Salinity gradients exacerbate the genotoxicity and bioaccumulation of silver nanoparticles in fingerling Persian sturgeon (Acipenser persicus) // Regional Studies in Marine Science. 2022. Vol. 52. 102264. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2022.102264

19.            Bereketoglu C., Pradhan A., Olsson P.E. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) cause male-biased sex differentiation in zebrafish // Aquat. Toxicol. 2020. Vol. 223. 105476. https://doi:10.1016/j.aquatox.2020.10547

20.            Bolan S., Sharma S., Mukherjee S. et al. The distribution, fate, and environmental impacts of food additive nanomaterials in soil and aquatic ecosystems // Science of the Total Environment. 2024. Vol. 916. 170013. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170013

21.            Bordin E.R., Ramsdorf W.A., Domingos L.M.L. et al. Ecotoxicological effects of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) on aquatic organisms: Current research and emerging trends // Journal of Environmental Management. 2024. Vol. 349. 119396. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119396

22.            Brami C., Glover A.R., Butt K.R. et al. Effects of silver nanoparticles on survival, biomass change and avoidance behaviour of the endogeic earthworm Allolobophora chlorotica // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2017. Vol. 141. P. 64–69. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.03.015

23.            Chang N., Chen L., Wang N. et al. Unveiling the impacts of microplastic pollution on soil health: A comprehensive review // Science of The Total Environment. 2024. Vol. 951. 175643. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175643

24.            Colín-García K., Elizalde-Velázquez G.A., Gómez-Oliván L.M. et al. Influence of sucralose, acesulfame-k, and their mixture on brain's fish: A study of behavior, oxidative damage, and acetylcholinesterase activity in Danio rerio // Chemosphere. 2023. Vol. 340. 139928. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.139928

25.            Cvjetko P., Milošić A., Domijan A.-M. et al. Toxicity of silver ions and differently coated silver nanoparticles in Allium cepa roots // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2017. Vol. 137. P. 18-28. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2016.11.009

26.            Danilova N., Galieva G., Kuryntseva P. et al. Influence of the Antibiotic Oxytetracycline on the Morphometric Characteristics and Endophytic Bacterial Community of Lettuce (Lactuca sativa L.) // Microorganisms. 2023. Vol. 11, № 12. 2828. https://doi.org/10.3390/microorganisms11122828

27.            De Souza Machado A.A., Lau C.W., Kloas W. et al. Microplastics can change soil properties and affect plant performance // Environ. Sci. Technol. 2019. Vol. 53. P. 6044–6052. https://doi. org/10.1021/acsest.9b01339

28.            En-Nejmy K., Hayany B.E.L., Al-Alawi M. et al. Microplastics in soil: A comprehensive review of occurrence, sources, fate, analytical techniques and potential impacts // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024. Vol. 288. 117332. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.117332

29.            Fernández-Marcos M.L. Current developments in soil ecotoxicology // Toxics. 2024. Vol.12, № 10. 734. https://doi.org/10.3390/toxics12100734

30.            Frenk S., Ben-Moshe T., Dror I. et al. Effect of metal oxide nanoparticles on microbial community structure and function in two different soil types // PLoS One. 2013. Vol. 8, №12. e8444. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0084441

31.            Gao B., Yao H., Li Y. et al. Microplastic addition alters the microbial community structure and stimulates soil carbon dioxide emissions in vegetable-growing soil // Environ. Toxicol. Chem., 2021. Vol. 40, № 2. P. 352-365. https://doi.org/10.1002/etc.4916

32.            Grădinariu L., Crețu M., Vizireanu C. et al. Oxidative stress biomarkers in fish exposed to environmental concentrations of pharmaceutical pollutants: A review // Biology. 2025. Vol. 14, № 5. 472. https://doi.org/10.3390/biology14050472

33.            Gutiérrez-Noya V.M., Gómez-Oliván L.M., del Carmen Ramírez-Montero M. et al. Ibuprofen at environmentally relevant concentrations alters embryonic development, induces teratogenesis and oxidative stress in Cyprinus carpio // Science of the Total Environment. 2020. Vol. 710. 136327. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.136327

34.            Heredia-García G., Gómez-Oliván L.M., Orozco-Hernández J.M. et al. Alterations to DNA, apoptosis and oxidative damage induced by sucralose in blood cells of Cyprinus carpio // Science of the Total Environment. 2019. Vol. 692. P. 411–421. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.165

35.            Jarmakiewicz-Czaja S., Sokal-Dembowska A., Filip R. Effects of selected food additives on the gut microbiome and metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD) // Medicina. 2025. Vol. 61, № 2. 192. https://doi.org/10.3390/medicina61020192

36.            Kadac-Czapska K., Ośko J., Knez E. et al. Microplastics and oxidative stress—current problems and prospects // Antioxidants. 2024. Vol. 13, № 5. 579. https://doi.org/10.3390/antiox13050579

37.            Khan A.H.A., Barros R. Pharmaceuticals in water: Risks to aquatic life and remediation strategies // Hydrobiology. 2023. Vol. 2, № 2. P. 395–409. https://doi.org/10.3390/hydrobiology2020026

38.            Klimasz M., Grobelak A. Effects of Microplastics on Selected Earthworm Species // Toxics. 2025. Vol. 13, № 3. 201. https://doi:10.3390/toxics13030201

39.            Kovacs E.D., Silaghi-Dumitrescu L., Roman C. et al. Structural and metabolic profiling of lycopersicon esculentum rhizosphere microbiota artificially exposed at commonly used non-steroidal anti-inflammatory drugs // Microorganisms. 2022. Vol. 10, № 2. 254. https://doi.org/10.3390/microorganisms10020254

40.            Lempart-Rapacewicz A., Kudlek E., Brukało K. et al. The threat of food additive occurrence in the environment - a case study on the example of swimming pools // Foods. 2023. Vol. 12, № 6. 1188. https://doi.org/10.3390/foods12061188

41.            Lemtiri A., Jia Y., Ejack L. et al. Silver toxicity to the earthworm Eisenia fetida is inconsistent in natural and artificial soils amended with wastewater biosolids // Canadian Journal of Soil Science. 2024. Vol. 104, № 2. P. 241-245. https://doi.org/10.1139/cjss-2023-0042

42.            Liu X., Li J., Wang R. et al. Antibiotics disrupt bacteria‐phytoplankton symbioses: unveiling ecological risks in aquatic ecosystems // Oikos. 2025. Advance online publication. https://doi.org/10.1111/oik.11201

43.            Lung I., Soran M.L., Sârb A.N. et al. Modification in the composition of Lactuca sativa L. plants exposed to abiotic stress induced by commonly used antibiotics // Plants. 2025. Vol. 14, № 6. 842. https://doi.org/10.3390/plants14060842

44.            Naguib G.H., El-Aziz A., Kayal G.S. et al. Cytotoxic effects of dose dependent inorganic magnesium oxide nanoparticles on the reproductive organs of rats // Annals of Medicine. 2023. Vol. 55, № 2. 2258917. https://doi.org/10.1080/07853890.2023.2258917

45.            Opriș O., Lung I., Soran M.-L. et al. Investigating the effects of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) on the composition and ultrastructure of green leafy vegetables with important nutritional values // Plant Physiology and Biochemistry. 2020. Vol. 151. P. 342–351. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2020.03.046

46.            Pinto I., Simões M., Gomes I.B. An overview of the impact of pharmaceuticals on aquatic microbial communities // Antibiotics (Basel). 2022. Vol. 11, № 12. 1700. https://doi.org/10.3390/antibiotics11121700

47.            Świacka K., Maculewicz J., Kowalska D. et al. Do pharmaceuticals affect microbial communities in aquatic environments? A review // Front. Environ. Sci. 2023. Vol. 10. 1093920. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.1093920

48.            Osman D.M, Yuan W., Shabaka S. et al. The threat of micro/nanoplastic to aquatic plants: current knowledge, gaps, and future perspectives // Aquatic Toxicology. 2023. Vol. 265. 106771. https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2023.106771

49.            Paul M.B., Stock V., Cara-Carmona J. et al. Micro- and nanoplastics – current state of knowledge with the focus on oral uptake and toxicity // Nanoscale Adv. 2020. Vol. 2, № 10. P. 4350–4367. https://doi.org/10.1039/D0NA00539H

50.            Rai M., Pant G., Pant K. et al. Microplastic Pollution in Terrestrial Ecosystems and Its Interaction with Other Soil Pollutants: A Potential Threat to Soil Ecosystem Sustainability // Resources. 2023. Vol. 12, № 6. 67. https://doi.org/10.3390/resources12060067

51.            Rastogi A., Zivcak M., Sytar O. et al. Impact of metal and metal oxide nanoparticles on plant: A critical review // Front Chem. 2017. Vol. 5. 78. https://doi:10.3389/fchem.2017.00078

52.            Sarkar M. Effect of silver nanoparticles on nitrogen-cycling bacteria in constructed wetlands // Nanotechnol. Environ. Eng. 2022. Vol. 7. P. 537–559. https://doi.org/10.1007/s41204-021-00192-3

53.            Schöpfer L., Menzel R., Schnepf U. et al. Microplastics effects on reproduction and body length of the soil-dwelling nematode Caenorhabditis elegans // Front. Environ. Sci. 2020. Vol. 8. https://doi:10.3389/fenvs.2020.00041

54.            Shah B.R., Mraz J. Advances in nanotechnology for sustainable aquaculture and fisheries // Rev. Aquac. 2020. Vol. 12, № 2. P. 925–942. https://doi.org/10.1111/raq.12356

55.            Shi C., Liu Z., Yu B. et al. Emergence of nanoplastics in the aquatic environment and possible impacts on aquatic organisms // Science of the Total Environment. 2024. Vol. 906, № 8. 167404. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167404

56.            Singh R.P., Naresh C.; Madhu S. et al. Ecotoxicology and Its Impact on Ecosystem: A Review // Agricultural Reviews. 2021. Vol. 42, № 4. P. 450–454. https://doi.org/10.18805/ag.R-2206

57.            Skiba E., Pietrzak M., Glińska S. et al. The combined effect of ZnO and CeO₂ nanoparticles on Pisum sativum L.: A photosynthesis and nutrients uptake study // Cells. 2021. Vol. 10, № 11. 3105. https://doi.org/10.3390/cells10113105

58.            Slaveykova V.I., Marelja M. Progress in Research on the Bioavailability and Toxicity of Nanoplastics to Freshwater Plankton // Microplastics. 2023. Vol. 2, № 4. P. 389–410. https://doi.org/10.3390/microplastics2040029

59.            Tlili S., Mouneyrac C. New challenges of marine ecotoxicology in a global change context // Marine Pollution Bulletin. 2021. Vol. 166. 112242. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2021.112242

60.            Tortella G.R., Rubilar O., Durán N. et al. Silver nanoparticles: toxicity in model organisms as an overview of its hazard for human health and the environment // J. Hazard. Mater. 2020. Vol. 390. 121974. https://doi. org/10.1016/j.jhazmat.2019.121974

61.            Tarrahi R., Mahjouri S., Khataee A. A review on in vivo and in vitro nanotoxicological studies in plants: A headlight for future targets // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2020. Vol. 208. 111697. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111697

62.            Venâncio C., Ferreira I., Martins M.A. et al. The effects of nanoplastics on marine plankton: A case study with polymethylmethacrylate // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2019. Vol. 184. 109632. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2019.109632

63.            Waktole G. Toxicity and Molecular Mechanisms of Actions of Silver Nanoparticles // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2023. Vol. 14, № 3. P. 53–70. https://doi:10.4236/jbnb.2023.143005

64.            Wiklund A.E., Guo X., Gorokhova E. Cardiotoxic and neurobehavioral effects of sucralose and acesulfame in Daphnia: Toward understanding ecological impacts of artificial sweeteners // Comparative Biochemistry and Physiology. Part C: Toxicology & Pharmacology. 2023. Vol. 273, 109733. https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2023.109733

65.            Yan F., Hermansen C., Norgaard T.T. Effects of microplastics on soil microbial diversity and community structure revealed by meta-analysis // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2025. Vol. 390. 109720. https://doi.org/10.1016/j.agee.2025.109720

66.            Zhou X., Qiao K., Wu H. et al. The impact of food additives on the abundance and composition of gut microbiota // Molecules. 2023. Vol. 28, № 2. 631. https://doi:10.3390/molecules28020631

67. EPA EcoBox Tools by Effects – Effects in ERA [Электронный ресурс] // United States Environmental Protection Agency (EPA)/ URL: https://www.epa.gov › epa-... (дата обращения: 08.08.2025).