Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

362

Everybody knows that all living organisms protect themselves

against microscopic enemies but only few scientists know that all

organisms protect themselves also against xenobiotics. Anti-xenobiot-

ic defense mechanisms, especially export pumps in aquatic species are

studied very fragmentarily (1-5). Therefore, we studied these anti-

xenobiotic defense mechanisms and main health parameters in speci-

mens and populations from sites with different pollution history using

specific ?uorescent probes and novel pilot devices, particularly contact

micro?uorometers (6,7). Brie?y, we detected in vivothe activities of

main anti-xenobiotic defense mechanisms, signs of cell viability, fre-

quencies and intensity of cytogenetic, cyto- and histopathological

alterations in selected marine molluscan and fish species from the

North Sea, Baltic Sea and especially Mediterranean Sea (2,3,7). Also

Mediterranean benthic foraminifera and fishes from the Israeli stream,

Yarqon River, were examined (3,8). All investigated species exhibited

similar numerous anti-xenobiotic defense mechanisms. The first line

of anti-xenobiotic defense was formed by multisubstrate transport sys-

tems for xenobiotic elimination (export pumps) in external epithelia.

The multixenobiotic resistance-mediated transporter (MXRtr) pumps

out numerous lipophilic and amphiphilic xenobiotics; system of active

transport of organic anions (SATOA) eliminate hydrophilic anionic

xenobiotics and by-products (1-8). The mean activities of the MXRtr

and SATOA in external epithelia of molluscs and gill epithelium of

fishes were significantly higher in animals from the polluted sites then

from the clean sites. The activities of MXRtr and SATOA in molluscs

and fish closely correlated with their environmental health parameters,

particularly frequency of chromosome break (2,3). 

The export pumps are well studied in cancer cells and some mam-

malian tissues (1, 9). However, some homologous export pumps and

corresponding gene families were also detected in bacteria, protozoa,

sponges, coelenterates, worms, molluscs, insects and lower vertebrates

(1-9).

The frequency polygon of MXRtr activities in D. trunculusfrom the

clean site was the widest with a maximum at the low activities. The

specimens from very polluted sites exhibited narrower polygons with

the maximum at higher activity, i.e. a shift of the maximum propor-

tional to level of pollution. Frequency polygons of gill SATOA activi-

ties in D. trunculusfrom the same sites showed similar regularities.

Marked shifts on frequency polygons for MXRtr were detected in the

Mediterranean gastropod P. coeruleafrom the polluted sites and in the

Red Sea bivalveC. ?oridaand gastropod C. rota from the polluted

site.

Kinetic analysis demonstrated a decreased K

M

and increased V

max

in D. trunculusfrom the polluted sites. All mentioned data demon-

strate an “industrial selection” of certain MXRtr and SATOA pheno-

types in the molluscs from the polluted sites along the Mediterranean

and Red Sea shores. Similar selection of the most protected pheno-

types was detected also in the fishes from the polluted sites (7). 

It is known that environmental pollutants can select some allozyme

phenotypes in molluscan and fish populations (10,11). Our results pro-

vide the first direct evidences that “industrial selection” produced gen-

eral resistance of populations to environmental xe 

n 

o 

b i 

o 

t 

i 

c 

s .

Laboratory studies of acute sensitivity of molluscs to high concentra-

tions of pollutants and field experiments with transplantation of the

molluscs confirmed this conclusion. 

Thus, specimens and species with high activities of the export

pumps can survive in polluted environment with or without some

alterations of their health and form the multixenobiotic-resistant pop-

ulations. Such multixenobiotic-resistant biota, especially bacteria, pro-

tozoa, worms and insects may be more dangerous for human health

than direct action of pollutants and decreased biodiversity.

References

1 - Ambudkar S.V., Dey S., Hrycyna C.A., Ramachandra M., Pastan I.

and Gottesman M.M., 1999. Biochemical, cellular, and pharmacological

aspects of the multidrug transporter,Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol.39,

381-398.

2 - Bresler V., Fishelson L. and Abelson A., 1998. Anti-xenobiotic

defense mechanisms and environmental health. Rapp Comm Int Mer

Medit 35, 338-339.

3 - Bresler V., Bissinger V., Abelson A., Dizer H, Sturm A., Kratke R.,

Fishelson L. and Hansen, P-D., 1999. Marine molluscs and fish as

biomarker of pollution stress in littoral regions of the Red Sea,

Mediterranean Sea and North Sea, Helgol. Mar. Res.53, 219-243.

4 - Kurelec B., 1995. Inhibition of multixenobiotic resistance mechanism

in aquatic organisms: Ecological consequences. Sci. Total Environ.171,

197- 204.

5 - Kurelec B., 1997. Pumping out: the first line cellular defense to water

pollutants in aquatic organisms, Toxicol. Ecotoxicol. News 4, 104-109.

6 - Bresler V., Belyaeva E. and Mozhaeva M., 1990. A comparative study

on the system of active transport of organic acids in Malpighian tubules

of insects, J. Insect. Physiol.36, 259-270.

7 – Bresler V.M., Fishelson L. and Abelson A., in press. Determination of

primary and secondary responses to environmental stressors and biota

health. In: Linkov I. and Palma-Oliveira J. (eds), Assessment and

management of environmental risks: methods and applications in Eastern

European and developing countries. NATO advanced workshop. 

8 - Bresler V. and Yanko-Hombach, V., 2000. Chemical ecology of

foraminifera. In: Martin R.E. (ed.), Environmental Micropaleontology,

Volume 15 of Topics in Geobiology, Kluwer Academic/Plenum

Publishers, NewYork, chapter 10, pp.217-254.

9 - Sekine T., Cha S.H. and Endou H., 2000, The multispecific organic

anion transporter (OAT) family,P?_gersArch.440, 337-350.

10 - Guttman S.I., 1994. Population genetic structure and ecotoxicology.

Environ. Health Perspect., 102 (suppl.12), 97-100.

11 - Roark S. and Brown K., 1996. Effects of metal contamination from

mine tailings of allozyme distributions of populations of Great Plains

fishes, Environ. Toxicol. Chem., 15, 921-927.

MAN-MADE EVOLUTION OF COASTAL BIOTA

V. Bresler

1

*, L. Fishelson

2

, O. Mokady

1

and A. Abelson

1

.

1

Institute for Nature Conservation Research, 

2

Department of Zoology

George S. Wise Faculty of Life Sciences, Tel Aviv University, Israel - bresler@post.tau.ac.il

Abstract. 

We examined the health parameters of different species from foraminifera to fish, especially Mediterranean molluscs. The parameters

included measurements of (1) activity of anti-xenobiotic defense mechanisms; (2) cell and tissue viability; (3) frequencies of DNA and

chromosome damages; (4) frequencies of cyto- and histopathological alterations. All studied species exhibited similar numerous anti-

xenobiotic defense mechanisms, particularly transport systems for xenobiotics’elimination in external epithelia. Their activities mediate

effects of pollutants and the health of biota. Selection of the most protected phenotypes of molluscs and fishes dwelling in the polluted

sites shows a possible direction of this man-made evolution. 

Keywords: population dynamics, export pumps, selection