การ เพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพหรือที่รู้จักกันในชื่อการขยายทางชีวภาพหรือการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพคือการเพิ่มความเข้มข้นของสารในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตในระดับที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ในห่วงโซ่อาหาร^{[ 1 ]}

การสะสมทางชีวภาพมักหมายถึงกระบวนการที่สารต่างๆ เช่น ยาฆ่าแมลงหรือโลหะหนัก ซึมเข้าสู่ทะเลสาบ แม่น้ำ และมหาสมุทร แล้วเคลื่อนตัวขึ้นไปตามห่วงโซ่อาหารด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อถูกดูดซึมเข้าสู่อาหารของสิ่งมีชีวิตในน้ำ เช่นแพลงก์ตอนสัตว์ซึ่งอาจถูกกินโดยปลา และปลาเหล่านั้นก็อาจถูกกินโดยปลาขนาดใหญ่ นกขนาดใหญ่ สัตว์ หรือมนุษย์ สารเหล่านั้นจะมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นในเนื้อเยื่อหรืออวัยวะภายในเมื่อเคลื่อนตัวขึ้นไปตามห่วงโซ่อาหาร

แม้ว่าบางครั้งจะใช้คำว่า " การสะสมทางชีวภาพ " แทนกันได้ แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างสองคำนี้ รวมถึงความเข้มข้นทางชีวภาพด้วย

• การสะสมทางชีวภาพเกิดขึ้นภายในระดับโภชนาการและหมายถึงการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของสารในเนื้อเยื่อบางส่วนของร่างกายสิ่งมีชีวิต เนื่องจากการดูดซึมจากอาหารและสิ่งแวดล้อม
• การสะสมทางชีวภาพหมายถึงการเกิดขึ้นเมื่อการดูดซึมจากน้ำมีมากกว่าการขับถ่าย ^{[ 2 ]}

ดังนั้น การสะสมทางชีวภาพและการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพจึงเกิดขึ้นภายในสิ่งมีชีวิต และการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพเกิดขึ้นในระดับโภชนาการ (ห่วงโซ่อาหาร)

การเจือจางทางชีวภาพเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นในทุกระดับโภชนาการในสภาพแวดล้อมทางน้ำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการสะสมทางชีวภาพ กล่าวคือ เมื่อสารมลพิษมีความเข้มข้นลดลงเมื่อเคลื่อนที่ขึ้นไปตามห่วงโซ่อาหาร^{[ 3 ]}

สารเคมีหลายชนิดที่สะสมในร่างกายจะละลายได้ดีในไขมัน ( ลิโปฟิลิก ) และไม่ละลายในน้ำ ( ไฮโดรโฟบิก ) ^{[ 4 ]}

ตัวอย่างเช่น แม้ว่าปรอท จะมีอยู่ใน น้ำทะเลในปริมาณเล็กน้อยแต่สาหร่ายก็ดูดซึมปรอทเข้าไป (โดยทั่วไปอยู่ในรูปของเมทิลเมอร์คิวรี ) เมทิลเมอร์คิวรีเป็นโมเลกุลของปรอทที่เป็นอันตรายที่สุดชนิดหนึ่ง มันถูกดูดซึมได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่สิ่งมีชีวิตจะขับถ่ายออกมาได้ช้ามาก^{[ 5 ]}การสะสมทางชีวภาพและความเข้มข้นทางชีวภาพส่งผลให้เกิดการสะสมในเนื้อเยื่อไขมันของสิ่งมีชีวิตในระดับโภชนาการที่ต่อเนื่องกัน ได้แก่แพลงก์ตอนสัตว์ ปลา น้ำขนาดเล็กปลาขนาดใหญ่ ฯลฯ สิ่งใดก็ตามที่กินปลาเหล่านี้ก็จะได้รับปรอทในปริมาณที่สูงขึ้นซึ่งปลาเหล่านั้นสะสมไว้ กระบวนการนี้อธิบายได้ว่าทำไมปลาล่าเหยื่อ เช่นปลาดาบและฉลามหรือนก เช่นนกเหยี่ยวและนกอินทรีจึงมีความเข้มข้นของปรอทในเนื้อเยื่อสูงกว่าที่สามารถอธิบายได้จากการสัมผัสโดยตรงเพียงอย่างเดียว ตัวอย่างเช่น ปลาเฮอริ่งมีปรอทประมาณ 0.01 ส่วนในล้านส่วน (ppm) และฉลามมีปรอทมากกว่า 1 ppm ^{[ 6 ]}

DDTเป็นยาฆ่าแมลงที่ทราบกันดีว่าสามารถสะสมในสิ่งมีชีวิตได้ ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลสำคัญที่สุดที่ทำให้EPAและองค์กรอื่นๆ พิจารณาว่าเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม DDT เป็นสารเคมีที่ละลายน้ำได้น้อยที่สุดชนิดหนึ่ง และสะสมในเนื้อเยื่อไขมันอย่างต่อเนื่อง และเมื่อสัตว์ผู้ล่ากินไขมันเข้าไป ปริมาณของ DDT ก็จะสะสมเพิ่มขึ้น ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของผลกระทบที่เป็นอันตรายจากการสะสมของ DDT ในสิ่งมีชีวิต คือการลดลงอย่างมากของประชากรนกนักล่าในอเมริกาเหนือ เช่นนกอินทรีหัวขาวและเหยี่ยวเพเรกรินเนื่องจาก DDT ทำให้ เปลือก ไข่บางลงในทศวรรษ 1950 ^{[ 4 ] [ 7 ]}ปัจจุบัน DDT เป็นสารต้องห้ามในหลายส่วนของโลก^{[ 8 ]}

การสะสมทางชีวภาพจะถูกวัดปริมาณโดยใช้พารามิเตอร์เสริมสองตัว: ^{[ 9 ]}

ปัจจัยการสะสมทางชีวภาพ (BMF) อธิบายอัตราส่วนของความเข้มข้นของสารปนเปื้อนในผู้ล่าต่อความเข้มข้นในเหยื่อเมื่อถึงสภาวะสมดุลแล้ว BMF ไม่มีหน่วยและใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการดูดซึมสารปนเปื้อนจากน้ำโดยตรงทำได้ยาก (เช่น สารที่มีคุณสมบัติชอบไขมันสูง) BMF > 1 บ่งชี้ว่าสารปนเปื้อนสะสมในสิ่งมีชีวิตที่กินมากกว่าในอาหารของมัน โดยทั่วไป BMF จะถูกกำหนดผ่านการศึกษาในห้องปฏิบัติการด้วยการให้อาหารแบบควบคุมหรือผ่านการสังเกตภาคสนาม และช่วยให้สามารถวัดกระบวนการถ่ายโอนระหว่างระดับโภชนาการได้ โดยตรง ^{[ 9 ] [ 10 ]}

ปัจจัยการขยายระดับโภชนาการ (TMF) ให้มุมมองที่ครอบคลุมมากขึ้นโดยการวัดปริมาณการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพตลอดทั้งห่วงโซ่อาหาร TMF คำนวณโดยการพล็อตค่าลอการิทึมของความเข้มข้นของสารปนเปื้อนเทียบกับระดับโภชนาการของกลุ่มสิ่งมีชีวิตต่างๆ จากนั้น TMF จะสอดคล้องกับค่าแอนติลอการิทึมของความชันของการถดถอย TMF > 1 บ่งชี้ถึงการเพิ่มความเข้มข้นทางชีวภาพ ในขณะที่ TMF < 1 บ่งชี้ถึงการเจือจางในระดับโภชนาการ TMF ได้มาจากการศึกษาภาคสนาม ดังนั้นจึงช่วยให้สามารถตรวจสอบโครงสร้างห่วงโซ่อาหารจริงและพลวัตของระบบนิเวศได้^{[ 9 ] [ 11 ] [ 12 ]}

ในการทบทวนงานวิจัยจำนวนมาก Suedel et al. ^{[ 13 ]}สรุปว่าถึงแม้การสะสมทางชีวภาพอาจเกิดขึ้นในวงจำกัดมากกว่าที่เคยคิดไว้ แต่ก็มีหลักฐานที่ดีว่าDDT , DDE , PCBs , ทอกซาฟี น และ สาร ปรอทและ สารหนูในรูป อินทรีย์มีการสะสมทางชีวภาพในธรรมชาติ สำหรับสารปนเปื้อนอื่นๆ การสะสมทางชีวภาพและการสะสมภายในเซลล์เป็นสาเหตุของความเข้มข้นสูงในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต เมื่อไม่นานมานี้ Gray ^{[ 14 ]}พบว่าสารที่คล้ายกันยังคงอยู่ในสิ่งมีชีวิตและไม่เจือจางลงจนถึงความเข้มข้นที่ไม่เป็นอันตราย ความสำเร็จในการฟื้นตัวของนกนักล่าชั้นนำ ( นกอินทรีหัวขาว , เหยี่ยวเพเรกริน ) ในอเมริกาเหนือหลังจากการห้ามใช้ DDT ในการเกษตรเป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความสำคัญของการรับรู้และการตอบสนองต่อการสะสมทางชีวภาพ^{[ 4 ]}

สารประกอบสองกลุ่มทั่วไปที่ทราบกันว่ามีการสะสมทางชีวภาพ ได้แก่ไฮโดรคาร์บอนคลอริเนตหรือที่รู้จักกันในชื่อออร์กาโนคลอรีน และสารประกอบอนินทรีย์ เช่นเมทิลเมอร์คิวรีหรือโลหะหนัก^{[ 4 ]}ทั้งสองชนิดเป็นลิโปฟิลิกและย่อยสลายได้ยาก สารอินทรีย์ชนิดใหม่ เช่นออร์กาโนคลอรีนย่อยสลายได้ยาก เนื่องจากสิ่งมีชีวิตไม่เคยสัมผัสมาก่อน จึงไม่ได้พัฒนากลไกการล้างพิษและการขับถ่ายที่เฉพาะเจาะจง เนื่องจากไม่มีแรงกดดันในการคัดเลือกจากสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น สารเหล่านี้จึงถูกเรียกว่า " สารมลพิษอินทรีย์ที่คงอยู่ยาวนาน " หรือ POPs ^{[ 15 ]}

โลหะไม่สามารถย่อยสลายได้เนื่องจากเป็นธาตุทางเคมีสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งมีชีวิตที่สัมผัสกับโลหะในระดับสูงตามธรรมชาติ มีกลไกในการกักเก็บและขับโลหะออกไป ปัญหาเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิตสัมผัสกับความเข้มข้นที่สูงกว่าปกติ ซึ่งพวกมันไม่สามารถขับออกได้เร็วพอที่จะป้องกันความเสียหาย โลหะหนักที่ตกค้างเช่น ตะกั่ว แคดเมียม ปรอท และสารหนูสามารถก่อให้เกิดผลเสียต่อ สุขภาพ ได้หลากหลายชนิดในหลายสายพันธุ์^{[ 16 ]}

• ดีดีที (ไดคลอโรไดฟีนิลไตรคลอโรอีเทน)
• เฮกซาคลอโรเบนซีน (HCB)
• โมโนเมทิลเมอร์คิวรี
• สาร PCB (โพลีคลอริเนเต็ดไบฟีนิล)
• ทอกซาฟีน

• ไดคลอโรไดฟีนิลไดคลอโรเอทิลีน
• ปรอทในปลา

• ฟิสก์, แอรอน ที.; โฮคสตรา, พอล เอฟ.; บอร์โก, แคทรีน; มูเยอร์, ​​เดเร็ก ซีจี (2003) "ชีวมวล". กระดานข่าวมลพิษทางทะเล . 46 (4): 522– 524. ดอย : 10.1016/s0025-326x(03)00094-8 . PMID  12705926 .