Средства защиты растений защищают сельскохозяйственные культуры от вредителей, болезней и сорняков. Однако многие фунгициды, гербициды и инсектициды также оказывают негативное воздействие на наземные и водные организмы, такие как опылители или рыбы, которые не являются основной целью их применения. Изменение их поведения после воздействия средств защиты растений стало предметом межбиологического исследования, проводимого учёными из Центра экологических исследований именhи Гельмгольца (UFZ).

Поведенческие изменения, обнаруженные в животных моделях, были значительными и свидетельствуют о влиянии средств защиты растений на нецелевые организмы в дикой природе. Исследование указывает на необходимость включения более сложных и релевантных поведенческих тестов в оценку риска, связанного с средствами защиты растений, в будущем. Исследование опубликовано в журнале Environment International.

Применение средств защиты растений в сельском хозяйстве строго регламентируется. Тем не менее, организмы, не являющиеся основной целью их применения, так называемые нецелевые организмы, неизбежно контактируют с этими веществами и могут потенциально пострадать от них.

«Дикие пчёлы и другие опылители могут контактировать с довольно высокими концентрациями вскоре после опрыскивания. Но животные в водной среде обитания также подвержены риску», — говорит биолог UFZ, профессор Мартин фон Берген, один из двух ведущих исследователей. «Осадки постепенно смывают средства защиты растений в окружающие воды. Они не просто остаются, а воздействуют только на ту область, где были применены».

Команда UFZ выбрала исследовательский подход, в рамках которого анализировались опылители и рыбы, которые являются модельными системами для изучения воздействия химических веществ в наземной и водной среде обитания. В качестве модельного организма для опылителей была выбрана медоносная пчела (Apis mellifera), а для водных животных – данио-рерио (Danio rerio). Исследователи сосредоточились на поведенческих изменениях, вызванных воздействием средств защиты растений.

«Конечно, средства защиты растений не всегда оказывают летальное воздействие на нецелевые организмы. Однако, в зависимости от типа продукта, даже низкие концентрации могут нанести вред их здоровью или нарушить их поведение таким образом, что это может оказать негативное влияние на особь, популяцию и, в конечном итоге, даже на биоразнообразие экосистемы», — говорит Кассандра Утофф, докторант Университета ФРГ и ведущий автор исследования.

«Хотя тесты на поведение животных после воздействия низких концентраций химических веществ в некоторых случаях уже включены в оценку риска химических веществ, эти тесты недостаточно сложны и, как правило, не являются обязательными».

Исследователи UFZ, междисциплинарная команда специалистов в области изучения поведения животных, экотоксикологии и биохимии, сосредоточились именно на этих сложных поведенческих моделях.

«Мы хотели выяснить, меняются ли эти поведенческие модели под воздействием инсектицидов, гербицидов и фунгицидов, и если да, то в какой степени. Для этого мы подвергли модельные организмы воздействию средств защиты растений в концентрациях, которые фактически встречаются в их среде обитания, и проанализировали их поведение», — объясняет Утофф.

У медоносных пчёл исследователи наблюдали снижение активности поиска пищи и изменение поведения при переработке нектара после обработки инсектицидом. Фунгициды и гербициды, напротив, приводили к снижению интенсивности ухода за расплодом.

«Такие поведенческие изменения, вызванные экологически значимыми концентрациями средств защиты растений, могут ухудшить продуктивность и поддержание колоний, а в конечном итоге и их способность к опылению», — говорит Утофф.

Для проверки воздействия средств защиты растений на водные организмы исследователи использовали метод скрининга, основанный на поведенческих факторах, на модели эмбрионов данио-рерио. Это позволяет быстро тестировать химические вещества на предмет их влияния на нейроактивность, включая изменение процессов обучения и памяти.

Помимо индивидуального воздействия средств защиты растений, эмбрионы рыб также подвергались воздействию различных концентраций смеси инсектицида, гербицида и фунгицида, обнаруженной в небольших ручьях Германии. Воздействие вызывало чёткие и специфические изменения в их поведении. При низкой концентрации смеси эмбрионы рыб демонстрировали поведение, которое обычно вызывается только гербицидом.

Однако при более высоких концентрациях той же смеси это поведение не усилилось, а сменилось. Личинка рыбы теперь вела себя так же, как и при воздействии фунгицида.

«Работа также демонстрирует, что смеси сопутствующих средств защиты растений способны изменять поведение организмов в экологически значимых концентрациях. Это подтверждает концепцию о том, что для лучшей защиты животных в окружающей среде химические нормы должны устанавливать приемлемые уровни воздействия, основанные на совокупном риске», — говорит профессор Тамара Таль, экотоксиколог UFZ и соруководитель исследования.

«Эффекты, которые нам удалось измерить на этих животных моделях, позволяют предположить, что фактическое экологическое воздействие средств защиты растений гораздо более масштабно, чем предполагалось ранее», — говорит фон Берген.

В связи с этим исследователи призывают к интеграции более актуальных поведенческих тестов для низкоконцентрированных химических веществ в системы оценки рисков для средств защиты растений. Это поможет выявлять критически важные вещества и лучше защищать нецелевые организмы, способствуя тем самым сохранению биоразнообразия в сельскохозяйственных ландшафтах.