Vandlopper som kanariefugle i en kulmine er nøglen til at håndtere kemisk forurening

Vandlopper eller Daphnia , kunne give et vigtigt 'tidlig varslingssystem' for kemisk forurening i vores søer og floder.

Hertil kommer, hvor forebyggelse af forurening har slået fejl, Daphnia kunne fungere som et bioremedieringsmiddel for at hjælpe med at reducere farer.

Forskere, ledet af University of Birmingham, har udtænkt en ny ramme, der bruger højkapacitets 'omics'-teknologier til at opdage virkningerne af omgivende kemiske blandinger - af den type og koncentration, der typisk findes i miljøet - på levende organismers biologi. Tilgangen bruger Daphnia at forstå, hvilke kemikalier der kan være giftige for andre arter og hvordan. Dette er muligt, fordi alle dyr, inklusive mennesker, deler gener, der understøtter deres reaktioner på miljøændringer, herunder eksponering for forurening.

Resultaterne, offentliggjort i Environmental Science and Technology, tilbyde et tiltrængt fremskridt i måden, hvorpå eksisterende og nye risici fra kemisk forurening vurderes og afbødes. Arbejdet kan give en væsentlig forbedring af den måde, kemikalier reguleres på.

Mange moderne sygdomme som kræft og autoimmune sygdomme kan kædes sammen med kemisk forurening, men kemikaliers sikkerhed vurderes i øjeblikket ved hjælp af forældede metoder, hvor man tester et kemikalie ad gangen og fokuserer separat på farerne for mennesker og miljøet. Der er et presserende behov for en ny tilgang, fordi der er mindst 235.000 individuelle kemikalier og 125.000 uregulerede kemikalieblandinger i miljøet.

Mens Daphnia har længe været anerkendt som en "vagtpostart", der bruges til at identificere og fastsætte eksponeringsgrænser for giftige kemikalier ved regulering, udvider og forfiner den nyligt offentliggjorte ramme deres rolle betydeligt. Det aktiverer Daphnia at detektere bioaktive komponenter i omgivende kemiske blandinger og forudsige, hvilke kemikalier der sandsynligvis vil være skadelige.

Ved at bruge viden om, at alle dyr udvikler sig fra en fælles forfader, kvantificerer holdet toksicitet i Daphnia og forudsiger dens indvirkning på andre arter. I denne ramme, Daphnia fungerer som kanariefugl i en kulmine og giver et tidligt advarselssystem om toksicitet.

Samtidig viser holdet også, at Daphnia stammer, der er naturligt tilpasset kemisk forurening, kan bruges som 'fjernelsesmidler' til at fjerne kemikalier fra vand via bioakkumulering og dermed forbedre miljøbeskyttelsen på en bæredygtig måde.

Arbejdet er vigtigt, fordi kemikalier, der produceres i husholdnings- og industriprocesser samt i landbruget, ikke elimineres ved spildevandsrensning og ender i vores vandløb. Derfra akkumuleres de gennem fødekæden og finder til sidst vej ind på vores borde som mad og drikkevand.

Den nye ramme involverede University of Birmingham i samarbejde med kolleger ved Friends of the Muskoka Watershed i Canada, China Jiliang University og Alan Turing Institute.

Professor Luisa Orsini, seniorforfatter på papiret, sagde:"Vi har brug for en bedre diagnose af kemikaliers indvirkning på dyreliv og mennesker, men også, når kemikalier er trængt ind i miljøet, har vi brug for en bæredygtig afhjælpning af deres påvirkning. Daphnia er et lille krebsdyr på størrelse med et riskorn og bliver ofte overset. Alligevel er de super rigelige og kan revolutionere den måde, vi vurderer og afbøder kemisk forurening på bæredygtigt. Dette vil have positive virkninger på menneskers sundhed og hjælpe med at forhindre sygdomme forbundet med kemisk forurening."

Dr. Li, tilsvarende forfatter på papiret, sagde:"Casestudiet, som vi rapporterer i papiret, viser, hvordan vi ved hjælp af maskinlæring kan identificere bioaktive forurenende stoffer i omgivende kemiske blandinger, der findes i flodvande, og identificere mål for regulatorer."

Holdet forventer, at den tilgang, de har udviklet, kan tilbyde en trinvis ændring i kemisk regulering, hvor kemikalier typisk vurderes isoleret og normalt i høje koncentrationer, idet man ignorerer de kumulative virkninger af lavere doser og af kemiske blandinger.

En yderligere vigtig fordel ved den nye tilgang er, at den giver mulighed for at reducere kemiske forsøg på dyr. Rammerne viser også, at naturbaserede løsninger er et lovende alternativ til nuværende kemiske/mekaniske processer, for at muliggøre genbrug af vand. University of Birmingham leder et internationalt partnerskab for at forbedre kemisk sikkerhedsvurdering ved at bruge ikke-traditionelle, mere etiske modelarter og beregningsmæssige tilgange. + Udforsk yderligere

Kemiske cocktails forårsager sundhedsrisici for børn og voksne