Современные яды: Дозы, действие, последствия

Колок Алан

Глава 12

70 000 лет пестицидов

 

 

Так же как металлы и лекарственные средства, третья функциональная группа веществ – пестициды – занимает в жизни человека историческое место. Первое известное избавление от вредителей датируется временем более 70 000 лет назад – еще до появления металлургии, одомашнивания животных и культивирования растений.

В пещере, находящейся в Южной Африке, были найдены следы человеческого жилища, в основном постели из тростника и осоки. Этот материал со временем оказывался зараженным постельными клопами и вшами. Чтобы избавиться от паразитов, древние люди выстилали свои постели листьями криптокарии. Листья этого дерева при измельчении выделяют ароматические а-пироны – вещества, отпугивающие насекомых. Состав постелей позволил предположить, что они периодически сжигались – то есть, когда насекомых становилось слишком много, слои подстилки заменялись новыми. Эта практика может показаться примитивной, однако она однозначно свидетельствует о том, что химическая борьба с насекомыми, наряду с добычей металлов и синтезом первых лекарств, имеет очень давние традиции в человеческой цивилизации.

Более поздние свидетельства использования инсектицидов принадлежат шумерской и китайской цивилизациям и датируются временем от 3200 до 4500 лет назад. Подобно листьям, которыми доисторические люди застилали свои постели, эти древние пестициды представляли собой доступные соединения животного, растительного и минерального происхождения. Широко использовались соединения ртути, мышьяка и серы. Поколения спустя, около 2000 лет назад, к списку древних пестицидов было добавлено еще одно растительное средство – высушенные цветы хризантемы.

Древнегреческие авторы V в. до н. э., а также древнеримские авторы от I в. до н. э. пишут об использовании для борьбы с вредителями экстрактов различных растений, в том числе болиголова, люпина и полыни. Другими распространенными средствами борьбы с вредителями и паразитами были амурка, о которой мы говорили в главе 9, битум (твердый или полужидкий нефтепродукт), мышьяк, вино (эффективность которого, по всей видимости, объясняется содержащимся в нем этиловым спиртом), пепел (содержащий щелочь), морская вода (и соль вообще) и даже старая моча (содержащая аммиак).

 

Пестициды первого поколения

Арсенал пестицидов сохранял свое скромное природное происхождение вплоть до ХХ в. Время от времени на сельскохозяйственной сцене появлялись новые растительные или минеральные средства, но по большей части это происходило по воле случая, а не в результате целенаправленных усилий. Так, например, в 1559 г. в Европу было завезено североамериканское растение табак, и к концу XVII в. европейцы, колонизировавшие Северную Америку, стали использовать его листья в качестве инсектицида. До наступления эры пестицидов второго поколения, которая началась примерно в 1874 г., когда был изобретен синтез ДДТ, и достигла расцвета после Второй мировой войны, в борьбе с вредителями использовались как биологические, так и химические средства – с переменным успехом. Биологическим оружием для борьбы с вредителями служили другие организмы – их естественные враги. Например, австралийская божья коровка, завезенная в Америку, оказалась просто спасением против червеца Icerya purchasi, который был бичом цитрусовых плантаций в Калифорнии. Взрослый червец прикрепляется к растению и начинает питаться его соками. Эффективность этого биологического метода контроля сохраняется по сей день. Но предпринятые примерно в то же время попытки справиться биологическими методами с непарным шелкопрядом и хлопковым долгоносиком провалились как по биологическим, так и по культурным и политическим причинам.

Не всегда успешными были и эксперименты в области химической борьбы. В конце 1870-х гг. энтомологи из Вермонта протестировали группу пестицидов, содержащих мышьяк, в том числе «Парижский зеленый», «Лондонский пурпурный» и белый мышьяк, и заключили, что «применение этих ядов не приносит никакой пользы». Однако в 1915 г. состоялось триумфальное возвращение мышьяка на сцену: распыление арсената кальция на хлопковых плантациях оказалось эффективным методом защиты от хлопкового долгоносика.

 

Пестициды второго поколения

Когда появились пестициды второго поколения, акцент сместился с биологических на химические методы контроля численности популяций насекомых-вредителей. Интересно, что первые успехи были достигнуты не в сельском хозяйстве, а на поприще общественного здоровья. Сэр Рональд Росс, британский врач, совершил революционное открытие, разглядев малярийного паразита в кишечнике комара рода Anopheles, который до этого пил кровь человека, больного малярией. Он доказал, что малярию переносят именно эти комары, и в 1902 г. получил за свою работу Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

К тому моменту, как достижения Росса получили всемирное признание, уже был синтезирован дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) – вещество, которое впоследствии оказалось превосходным средством для борьбы с малярийными комарами и не только. Однако его ценность как пестицида была обнаружена лишь спустя 37 лет, в 1939 г. ДДТ использовался для борьбы с малярией и тифом во время Второй мировой войны, и оказался настолько эффективным, что шведский химик Пауль Германн Мюллер, открывший его неизвестные доселе свойства, также заработал Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1948 г.

После открытия Мюллера американская промышленность очень быстро повернулась к ДДТ лицом. Его коммерческое производство, которого в 1943 г. еще практически не существовало, через два года достигло почти 1000 т в месяц. Кроме того, пестицид стал использоваться во многих других сферах, от борьбы с комарами в сельских и городских районах до применения в сельском хозяйстве для обработки полей и садов и борьбы с непарным шелкопрядом, а также в животноводческих и других отраслях, связанных с производством пищевых продуктов. Одним словом, ДДТ стал сенсацией.

Развитие ДДТ и многих других пестицидов второго поколения принесло огромную пользу по целому ряду причин. Во-первых, от применения некоторых из пестицидов первого поколения, в том числе ртути, мышьяка и свинца, пришлось отказаться из-за их высокой токсичности. А вещества вроде ДДТ сначала считались совершенно безвредными. Можно увидеть старые фотографии, где ДДТ распыляют прямо над пляжами, где играют дети. Во-вторых, некоторые из растительных средств первого поколения – например, сушеные цветы хризантемы – трудно было достать в больших количествах. Другие либо были малоэффективны, либо слишком быстро распадались и не могли дать долговременной защиты. Многие же из веществ второго поколения маслянисты и способны надолго задерживаться на растениях, их семенах или стенах домов (как ДДТ при его использовании против комаров и москитов), на которые их наносят. Более того, поскольку многие из этих веществ также содержат галогены (фтор, хлор и бром), они не так быстро разрушаются и долго остаются в активной форме. Наконец, их не нужно добывать или выращивать (как, например, те же хризантемы), пестициды второго поколения синтезируются в лабораториях из недорогих материалов. Синтез оказался настолько простым, что технология производства пестицидов больше не представляла проблемы, и эти вещества могли быть получены в больших количествах.

К несчастью, те же самые свойства, которые обеспечили популярность пестицидов второго поколения, оказались и их уязвимым местом, а также причиной разнообразных экологических проблем. Маслянистая (иными словами, липофильная) природа этих веществ позволяет им хорошо сохраняться не только на листьях или стенах, но и на коже, откуда с помощью белков-переносчиков они могут попадать в кровь. Липофильная природа ДДТ увеличила его эффективность как пестицида, облегчая проникновение в организм насекомых, где это вещество наносило свой токсический удар. Но при этом также хорошо он способен всасываться и в организм других видов, в том числе и человека.

Помимо липофильности, ДДТ обладает характеристиками, общими с другими галогенпроизводными, – то есть долго сохраняется в окружающей среде. Галогенпроизводные органические соединения содержат один или более атомов элементов из группы галогенов, в которую входят фтор, хлор, бром, йод и астат. В ДДТ содержится целых пять атомов хлора. Атомы галогенов обеспечивают ему долгую жизнь в природе, предотвращая разрушение не только при применении, но и при проникновении в организм. Поэтому свойства, гарантирующие его эффективность, в то же самое время делают его особенно опасным при попадании в окружающую среду.

Инсектициды типа ДДТ оказывают на насекомых летальное воздействие в целом так же, как природные нейротоксины: его молекулы атакуют нервную систему. Как уже обсуждалось выше, для функционирования нейрона необходимы мембранные белки, переносящие натрий, калий и кальций. Инсектициды, так же как змеиный яд и другие яды животного происхождения, могут либо стимулировать, либо блокировать активность этих белков, нарушая связи между клетками, что в конечном итоге ведет к смерти.

 

Пестициды, Рэйчел Карсон и «Безмолвная весна»

Учитывая сходство нервной системы насекомых и позвоночных животных, в частности птиц и млекопитающих, нет ничего удивительного в том, что повсеместное применение ДДТ начало приводить к гибели животных самых разнообразных видов. Для борьбы с непарным шелкопрядом на северо-востоке США ДДТ, иногда в смеси с машинным маслом, распылялся в огромных количествах в воздухе над сельскими, пригородными и городскими районами. Аналогичным образом его применяли для борьбы с так называемой голландской болезнью вязов, грибком, который переносится от дерева к дереву жуком – ильмовым заболонником. В XIX в. и начале XX в. вязы широко использовались для украшения городских улиц. Тесные посадки сделали их особенно подверженными заболеванию, которое было занесено в Северную Америку из Европы. Вязы начали гибнуть по всему северо-востоку США, и для их спасения начали применяться крайние меры, в том числе обработка большими количествами ДДТ, что привело к гибели огромного количества певчих птиц. Судьба несчастных птичек и стала для Рэйчел Карсон толчком к созданию ее знаменитой книги «Безмолвная весна», вышедшей в 1962 г.

Неудивительно, что главной темой книги стало кратковременное воздействие на дикую природу высоких концентраций пестицидов. Во-первых, гибель птиц, как уже говорилось, была масштабной и очевидной. В 1962 г. еще не существовало убедительных доказательств того, что ДДТ (и другие недавно появившиеся хлорорганические пестициды) оказывают косвенное воздействие на различные виды животных благодаря легкому переносу в окружающей среде и способности к биоаккумуляции по пищевым цепям. Единственным существенным исключением было исследование гнуса Чистого озера, описанное в главе 6, которое доказало, что биоаккумуляция ДДТ вызвала массовую гибель западноамериканских поганок. Надо сказать, что Карсон в «Безмолвной весне» не только осветила результаты этого исследования, но и отметила, что именно биоаккумуляция стала механизмом, приведшим к снижению численности крупных хищных птиц, в частности белоголового орлана, по всей стране.

Вскоре после публикации «Безмолвной весны» токсический эффект хлорорганических пестицидов, усиленный биоаккумуляцией, стал более очевидным. В США вымирали белоголовые орланы, а в британском отчете, выпущенном в 1963 г., сообщалось о сокращении популяции сапсанов, причем в южной Англии эти птицы вообще перестали размножаться. Была отмечена корреляция между использованием ДДТ и репродуктивными нарушениями, и британский натуралист Дерек Рэдклифф предположил наличие причинно-следственной связи. Была организована международная конференция по теме популяционной биологии сапсанов, на которой было показано падение численности сапсанов во всем мире. Хотя участники конференции не пришли к единому мнению о причинах этого явления, не было сомнений в том, что пестициды, в том числе ДДТ, сыграли свою роль.

Недостающее звено, связывающее ДДТ, биоаккумуляцию и снижение численности рыбоядных птиц и других хищников, было найдено в конце 1960-х гг. В США и Великобритании были проведены исследования толщины яичной скорлупы, которые дали одинаковые результаты. На обоих континентах обнаружилось значительное снижение веса скорлупы яиц, собранных после начала повсеместного применения ДДТ, по сравнению с яйцами, собранными до этого. Одна и та же тенденция была выявлена как у скоп с Лонг-Айленда, так и у белоголовых орланов из Флориды. В последующих механистических исследованиях было установлено, что истончение скорлупы происходит под воздействием ДДЭ, метаболита ДДТ, который нарушает транспорт кальция в железах, вырабатывающих скорлупу.

Итак, ученые доказали, что биоаккумуляция галогенорганических пестицидов наносит серьезный удар по птицам, занимающим верхнее положение в пищевых цепях водных экосистем. Но оказывают ли они такой же негативный эффект на хищных млекопитающих? В отличие от легко наблюдаемых и широко распространенных певчих и хищных птиц, хищные млекопитающие редко встречаются в городских и пригородных районах, и, если и обитают там, ведут скрытный образ жизни. Кроме того, в отличие от рыбоядных птиц, являющихся высшим звеном пищевых цепей, койоты, еноты, лисицы и скунсы всеядны и могут выживать неподалеку от человеческого жилья и связанных с ним пестицидов, не подвергаясь их воздействию через биоаккумуляцию.

Исключением оказались домашние кошки, особенно живущие на фермах и поедающие крыс, мышей и других полевых и домашних грызунов-вредителей. Домашние кошки умываются языком, и ДДТ, скапливающийся на их шерсти, может таким образом попадать в пищеварительную систему и далее в кровь. Так, например, в одной из боливийских общин в 1965 г. была отмечена вспышка геморрагической лихорадки, вызванная значительным ростом популяции крыс после того, как там умерли все местные домашние кошки. Как раз перед массовой гибелью кошек все дома в общине были обработаны ДДТ, и, скорее всего, причиной смертности стал именно этот пестицид, попадавший в организм хищников при вылизывании. Ткани одной из погибших кошек были исследованы на содержание ДДТ, и выявленная концентрация действительно оказалась достаточной для летального исхода.

Другой случай произошел на Борнео, где связь между кошками и применением ДДТ приняла неожиданный оборот. ДДТ распыляли на жилища туземцев для борьбы с комарами. Домашние кошки, занимавшие там место на вершине короткой наземной пищевой пирамиды, по всей видимости, начали умирать из-за ДДТ, так как поедали гекконов и тараканов, живущих в тростниковых крышах обработанных домов. Гибель кошек вызвала популяционный взрыв грызунов, которые уничтожили большое количество пищевых запасов. Из-за нехватки кошек в деревнях было принято решение о «кошачьем десанте»: их сбрасывали в пострадавшие районы на парашютах с грузовых самолетов. Это реальная история, подтвержденная документами. Однако биоаккумуляция ДДТ в короткой пищевой цепочке, приведшая к высокой смертности высшего хищника, подтверждается только личными рассказами и слухами, так как никакой систематической научной оценки проведено не было. Так что в данном случае биоаккумуляция ДДТ в наземных пищевых цепях является скорее легендой, чем историческим фактом.

На протяжении всей своей истории человек ведет борьбу с вредителями и паразитами. По крайней мере дважды ему удавалось серьезно осложнить им жизнь. Первый был связан с появлением минеральных и растительных пестицидов первого поколения, а второй, произошедший совсем недавно по историческим меркам, – с изобретением синтеза органических пестицидов. Производство этих средств борьбы развивалось вместе с другими технологическими достижениями. Органический синтез создал чудесную страну новых веществ, которые продолжают и продолжают появляться. Многие из оставшихся глав этой книги посвящены этим новым веществам и их влиянию на наше будущее.