Pesticidy aneb globální chemická hrozba

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_spraying_pesticides.jpg

Pesticidy a historie jejich použití

Pesticidy jsou přípravky určené k hubení rostlinných a živočišných škůdců, k ochraně rostlin, zvířat a člověka. V celosvětovém měřítku je registrováno okolo 800 sloučenin, účinných látek pesticidů. Uvádí se, že jejich celosvětová spotřeba je 2 500 000 tun ročně, z toho je až 85 % spotřebováno v zemědělství. Současné zemědělství by však bez těchto látek nemohlo existovat. Díky tomu, že hubí škodlivé organismy, zvyšují výnos z kulturních rostlin.

Od počátku civilizace se lidé neustále snažili zlepšovat své životní podmínky a začali proto hledat způsoby, jak ochránit své plodiny. Síra jako prostředek k potírání chorob kulturních rostlin a k odpuzování hmyzu byla známa už před rokem 1000 př. n. l. Toxické sloučeniny olova, rtuti a arsenu byly používány již kolem roku 1400. V 15. století byly izolovány sloučeniny nikotinu z tabákových listů a používány jako insekticidy.

Třicátá léta 20. století jsou skutečným počátkem moderní éry syntetických organických pesticidů. Mezi nejvíce v této době vyráběné a používané patřily organochlorové pesticidy a organofosfáty. Nejznámějším organochlorovým pesticidem je DDT (2,2-bis(4-chlorfenyl)-1,1,1-trichlorethan), jehož insekticidní vlastnosti byly objeveny v roce 1939 Dr. Paulem Müllerem. Tato látka ve své době představovala skutečný přelom v boji proti škůdcům a přenašečům nemocí, proto byl P. Müller v roce 1945 oceněn Nobelovou cenou za medicínu. Druhou velmi významnou skupinu tvořily organofosfáty, které byly připravovány před a v průběhu druhé světové války v nacistickém Německu v laboratořích koncernu IG Farben. Během vývoje těchto látek byla zjištěna jejich vysoká toxicita pro savce, a proto některé z nich byly převzaty vojáky jako nervové bojové plyny. Mezi tyto toxické látky patří např. tabun, sarin a soman. Pesticidní látka parathion byla v koncernu IG Farben vyráběna od 40. let 20. st. jako prostředek k hubení hmyzu. Poté však bylo zjištěno, že její abiotickou oxidací vzniká jedovatý paraoxon, a tak se přestala používat. Dnes je použití pesticidů obou skupin zakázané.

V 50. letech byly zavedeny do praxe selektivní herbicidy na bázi fenoxyoctových kyselin. Jednalo se o kyseliny 2,4,5-trichlorfenoxyoctovou (2,4,5-T) a kyselinu 2,4-dichlorfenoxyoctovou (2,4-D), které jako herbicidy selektivně působí na dvouděložné rostliny. V 70. létech minulého století byly tyto kyseliny Američany použity během Vietnamské války v herbicidním prostředku Agent Orange. Při výrobě herbicidu 2,4,5-T dochází k tvorbě velmi jedovatého tetrachlordibenzodioxinu. Po aplikaci herbicidu Agent Orange byla touto nebezpečnou látkou kontaminovaná rozsáhlá oblast jižního Vietnamu a zasažena byla spousta lidí.  Zdravotní následky v podobě genetických poruch se objevují dodnes.

Určitým mezníkem v historii byla kniha Silent spring, vydaná v roce 1962, jejíž autorkou byla Američanka Rachel Carson. Její poselství bylo jednoznačné. Masové nasazení pesticidů, a DDT zvlášť, ohrožuje přírodu a člověka. DDT má schopnost kumulovat se v tukové tkáni a je to látka velmi stabilní. Alarmující nálezy DDT a některých dalších perzistentních organochlorových insekticidů v různých složkách ekosystému proto vedly v 60. letech k postupnému omezování až úplnému zákazu jejich používání. Všechny organochlorové pesticidy jsou dnes celosvětově zakázány Stockholmskou úmluvou, která byla přijata v roce 2004 (seznam zakázaných látek je průběžně rozšiřován). I přes tento zákaz je dnes DDT v Africe používán jako látka hubící komáry přenášející malárii.

Pesticidy aplikované v současnosti se označují jako tzv. „moderní“. Jedná se o sloučeniny, které jsou polárnější, lehce odbouratelné, nekumulují se v živých organismech a mohou působit selektivně proti jednomu organismu (jedná se například o specifické hormony). Můžeme sem zařadit například pyrethroidy a neonikotinoidy. Historie však ukazuje, že zavádění nových skupin pesticidů, u kterých se předpokládá, že nebudou mít negativní vlastnosti předchozí generace, se nakonec z nějakého důvodu ukáže jako problematické.

Rozdělení pesticidů

Pesticidy můžeme dělit do několika skupin, a to podle několika kritérií. Prvním a nejčastějším kritériem je cílový škodlivý činitel a podle tohoto kritéria dělíme pesticidy například na:

  1. Herbicidy (proti plevelným rostlinám)
  2. Fungicidy (proti plísním a houbovým chorobám)
  3. Insekticidy (proti hmyzu)

Dalším častým kritériem je dělení pesticidů podle jejich chemické struktury například na:

1. Organochlorované pesticidy  

Jedná se o látky kumulující se v tucích (lipofilní povahy). Vzhledem k jejich schopnosti kumulace jsou nejvíce ohroženi predátoři. Způsobují významný pokles reprodukční schopnosti rybožravých a vodních ptáků a šelem. V půdě jsou perzistentní (nesnadno odbouratelné), což vyplývá z povahy vazeb C-Cl, jejichž přítomnost znesnadňuje biologickou degradaci. Například DDT se v půdě rozloží na DDE a DDD za 2-15 let.

Dále sem patří pesticidy jako aldrin, chlordan, endrin, DDT, dieldrin, heptachlor, pentachlorfenol, mirex a toxafen. Dnes je jejich použití celosvětově zakázané.

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_DDT.png

Obr.2: DDT

 2. Organofosfáty

Organofosfáty jsou neurotoxické organické látky odvozené od kyseliny fosforečné. Oproti organochlorovým pesticidům se liší svou vysokou akutní toxicitou pro savce (inhibitory acetylcholinesterázy) a nízkou perzistencí v půdě. Patří sem látky využívané jako nervové plyny (tabun, sarin a soman) a insekticidy (parathion, tetrachlorvinphos). Ve druhé polovině 90. let minulého století se začalo od jejich aplikace upouštět kvůli jejich vysoké toxicitě.

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_Tabun.png

Obr.3: Tabun

3. Karbamáty

Jedná se o neurotoxické estery kyseliny karbamové, které jsou vysoce účinné proti širokému spektru hmyzích druhů. Společným rysem celé skupiny je podobně jako u organofosfátů schopnost inhibice acetylcholinesterázy. Mezi nejtoxičtější zástupce patří karbofuran, který se používal k ochraně před hmyzími škůdci na bramborách, kukuřici a sójových bobech. Méně toxický karbaryl je hojně využíván jako širokospektrální insekticid. Dnes je v některých státech zakázán.

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_karbaryl.jpgObr.4: Karbaryl

4. Pyrethroidy

Pyrethriny jsou přírodní látky obsažené např. v kopretině starčkolisté, projevující se silnými insekticidními účinky. Všechny tyto látky obsahují ve svých strukturách cyklopropanový kruh. Přesto, že je kopretina starčkolistá dodnes pěstována na plantážích v Keni, nestačí tyto rostliny jako zdroj pyrethrinů. Přírodní pyrethriny se také na slunci rychle inaktivují, proto bylo nutné najít způsob jak je stabilizovat a byly vyrobeny syntetické pyretriny tzv. pyretroidy. Jedná se o nervové jedy ovlivňující jak centrální, tak i periferní nervovou soustavu. Syntetické pyrethroidy jsou relativně více fotostabilní, termostabilní a s mimořádně rychlým omračujícím účinkem na létající hmyz, projevujícím se během několika vteřin. Syntetickým pyrethroidem je například permethrin, který se používá jako insekticid a v nízkých koncentracích má repelentní účinky.

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_Pyrethrin.png

Obr.5: Pyrethtin

5. Neonikotikoidy

Jedná se o syntetické insekticidní látky působící stejným mechanismem jako přírodní alkaloid nikotin, který spolehlivě ničí hmyz, takže ho některé rostliny produkují na svou ochranu. Překvapivé může být, že se nikotin nevyskytuje jen v tabáku, ale i v rajčatech.  Mezi neonikotikoidy patří imidacloprid, clothianidin, thiamethoxam a acetamiprid.  Všechny tyto látky působí na centrální nervový systém hmyzu ireverzibilní blokací postsynaptických nikotinergních receptorů acetylcholinu. Kromě acetamipridu jsou toxické i pro včelu medonosnou a jsou v EU částečně zakázány.

tl_files/Clanky/Images/CHJ_22_Nikotin.png 

Obr.6: Nikotin

Neonikotinoidy jsou novým DDT

V současné době je velmi diskutovaným tématem syndrom zhroucení včelstev (CCD). Jde o dosud plně nevysvětlený jev, kdy v krátkém čase dojde k vymření celé kolonie včel. Velké množství odborníků se domnívá, že tento hromadný úbytek včely medonosné v některých částech naší planety nemá na svědomí pouze jeden činitel, ale nejspíš jde o současné působení více faktorů. Mezi hlavní faktory se řadí paraziti, patogenní organismy, globální změny klimatu a pozornost se také obrátila k chemickým sloučeninám označovaným jako neonikotinoidy.

Osivo pro zemědělce se obvykle moří neonikotinoidy. Po zasazení pronikají tyto insekticidy do celé rostliny a obsahuje je dokonce pyl i nektar. 

Výrobci provedli řadu pokusů ve snaze zjistit, zda jsou tyto látky škodlivé pro včelu medonosnou a čmeláky, ale zdálo se, že jsou opravdu bezpečné. Ovšem až do chvíle než francouzští a britští badatelé uveřejnili v r. 2012 v časopise Science výsledky své studie, ukazující, že uvedené insekticidy zhoršují orientaci včel a čmeláků, kteří pak nejsou schopni vrátit se zpět do svých kolonií. Nutno podotknout, že tyto studie byly prováděné v laboratořích a použité koncentrace neonikotikoidů nebyly pro včely a čmeláky smrtelné.

Výsledky obou studií obletěly celý svět a z vědeckých kruhů se dostaly až do politiky. Brusel začaly zaplavovat tábory zastánců a odpůrců používání těchto pesticidů. Odpůrci argumentovali, že přímý důkaz o škodlivosti neonikotinoidů pro hmyzí opylovače chybí a pokud bude omezení přijato, začnou zemědělci používat pesticidy, které mohou být pro včely a čmeláky ještě nebezpečnější. Evropská komise nakonec přijala na doporučení Evropského úřadu pro bezpečnost potravin (EFSA) nařízení částečně zakazující v EU od 1. prosince 2013 po dobu dvou let zmiňované insekticidy používat. Zákaz používání platí jen pro zemědělce, zahrádkáři tyto látky mohou i nadále používat.

Nejnovější studie dává za pravdu spíše názoru, že neonikotikoidy za určitých podmínek hmyzím opylovačům škodí. Studie publikovaná v  časopise Journal of Economic Entomology je zdrcující. Vědci tentokrát měřili obsah neonikotinoidů v tzv. gutační kapce (gutace je vylučování přebytečné vody rostlin v  podobě kapek). Koncentrace aktivních látek, které naměřili, se pohybovaly okolo 47 mg/litr u imidaclopridu. Včely, které s takovouto jedovatou kapkou přišly do styku, přestaly během několika málo minut létat a v krátké době uhynuly. V současnosti probíhají nové výzkumy zabývající se hlavně vlivem těchto pesticidů na různé ekosystémy.

Jde o nové DDT, třidu jedů licencovaných k širokému použití předtím, než byly řádně otestovány, které nyní likvidují přírodní systém. Napsal v deníku Guardian George Monbiot. Jinými slovy, realita je úplně jiná, než tvrdí výrobci, podle nichž je použití pesticidů "precizní" a "cílené".

Datum: 22. 03. 2016

Autoři: Denisa Marková

Literatura:

  1. http://blisty.cz/art/69568.html
  2. http://www.bioinstitut.cz/documents/RomanPavela_Botanickepesticidy.pdf
  3. http://frouz.wz.cz/applekol5.pdf
  4. www.hzscr.cz/soubor/12-zip.aspx
  5. http://www.sedmagenerace.cz/text/detail/bhopal-katastrofa-pokracuje
  6. http://bee-life.eu/medias/temp/neonikotinoidy-hrozbou-pro-eu.pdf
  7. http://zen.e15.cz/pribehy/vcely-jsou-prvni-padli-v-chemicke-valce-1019346
  8. https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=37096
  9. Hayes, WJ, Jr., ER Laws, Jr., (eds.).:. Handbook of Pesticide Toxicology digilib.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/6529/ševčíková_2008_bp.pdf
  10. www.agromanual.cz/images/product/.../botanicke-pesticidy-ukazka.pdf
  11. https://is.muni.cz/auth/de/408750/WasteContainer/000004_prezentace.pdf?studium=729052;studium=729052
  12. https://is.muni.cz/auth/de/408750/WasteContainer/000002_document.pdf?studium=729052;studium=729052
  13. https://is.muni.cz/auth/de/408750/WasteContainer/000003_journal.pone.0103073.pdf?studium=729052;studium=729052
  14. Charles O'Rear. Cropduster spraying pesticides.jpghttps://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cropduster_spraying_pesticides.jpg. Tento obrázek je publikován jako volné dílo

Další zajímavosti na Chemie jasně.