Н В Панасюк - Двустворчатые моллюски в биомониторинге азово-черноморского бассейна - страница 1

Страницы:
1  2 

132

УДК 594:549.25/28(262.5)

ДВУСТВОРЧАТЫЕ МОЛЛЮСКИ В БИОМОНИТОРИНГЕ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО БАССЕЙНА

Н. В. Панасюк

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аридных зон Южного научного центра РАН, (ИАЗ ЮНЦ РАН)

С целью изучения степени антропогенного воздействия на водные экосистемы Черного и Азовс­кого морей было исследовано влияние тяжелых металлов на двустворчатых моллюсков, являю­щихся биоиндикаторами загрязнения. Рассмотрена взаимосвязь содержания металлов в тканях с физиологической устойчивостью особей из областей с разной степенью загрязненности. Данные мониторинга свидетельствуют о постепенном улучшении состояния экосистемы южной части Таганрогского залива.

Ключевые слова: тяжелые металлы, биоиндикатор, биомаркер, двустворчатые моллюски, физиоло­гический стресс

Одними из важнейших загрязнителей, оказывающих влияние на экосистему и аккумулирую­щихся в морских организмах Азово-Черноморского бассейна, являются тяжелые металлы (ТМ) [6].

Двустворчатые моллюски, действующие подобно закрепленному фильтру, часто рассматрива­ются в качестве индикаторов острого и хронического загрязнения среды их обитания. Мелкие моллюски, кроме того, часто являются кормовой базой рыб, крупные - могут использоваться в кулинарии, поэтому изучение содержания ТМ в них актуально для рыбной промышленности и здравоохранения. Определение валового содержания металлов в тканях, однако, зачастую не дает представления о степени их биологической опасности для того или иного вида. Уровень патоген-ности влияния загрязнения среды на организм или популяцию может быть определен только через биологические ответы соответствующего уровня [14]. К сожалению, комплексных исследо­ваний, совмещающих определение концентрации ТМ в тканях, и оценку биологического состоя­ния данного организма, в литературе описано крайне мало.

С целью изучения степени антропогенного воздействия на водные экосистемы Черного и Азов­ского морей было исследовано влияние ТМ (Cu, Ni, Zn, Fe, Pb) на двустворчатых моллюсков, являющихся биоиндикаторами загрязнения. В работе использован двусторонний подход, вклю­чающий оценку степени загрязнения по содержанию ТМ в тканях моллюсков, а также оценку степени антропогенного воздействия по физиологической устойчивости к стрессу отдельных осо­бей.

Материалы и методы

Мы исследовали локальные популяции беззубок (Anodonta), обитающих в прибрежных водах Очаковской косы (южная часть Таганрогского залива) (47°04' с.ш. 39°10' в.д.) и мидий (Mytilus galloprovincialis) в прибрежных водах Таманского полуострова (мыс Панагия) (45°08' с.ш. 36°36' в.д.), Мацесты (39°08' с.ш. 43°55' в.д.), Сочи (43°35' с.ш. 39°43' в.д.) и Гагры (43°17' с.ш. 40°16' в.д.) в 2006 - 2010 гг. В местах сбора беззубок собирались так же сопутствующие им более мелкие двустворчатые - Dreissena polymorpha.

Анализ тяжелых металлов в мягких тканях осуществляли на атомно-абсорбционном спектро­метре с электотермической атомизацией «Квант^ЭТА» производства ООО «КОРТЭК». Величи­ны концентраций металлов выражены в мкг/г сухого веса.

Как известно, стресс проявляется в ничтожном сдвиге биохимических и физиологических параметров, вызванных изменениями среды, что обусловливает уменьшение способности инди­видуума приспособиться к экологическим изменениям. В связи с этим в качестве биомаркера мы выбрали физиологическую устойчивость моллюсков в безводной среде. Фиксировалась продол­жительность жизни моллюсков в безводной (стрессорной) среде до гибели последнего животно­го. По результатам наблюдений для каждой выборки были построены графики, подробно мето­дика описана в ранних публикациях [11]. Данная методика («Stress on stress») успешно использу­ется зарубежными исследователями [17], и представляется нам более легко воспроизводимой, чем схожая методика (воздействия анаэробным и аэробным стрессом), описанная в отечествен­ной литературе [9].

ВОДНЫЕ БИОРЕСУРСЫ АЗОВО-ЧЕРНОМОРСКОГО БАССЕЙНА

Результаты и обсуждение

Pb

3,6 3,2 2,8 2,4

2 1,6 1,2 0,8 0,4

0

^Дрейссены Беззубки

2006

2007

2008

2010

Очаковская коса

Рисунок 1 - Сравнение накопления свинца (мкг/г) в тканях моллюсков Unionidae и Dreissena Таганрогского залива (Оча­ковская коса)

Содержание тяжелых металлов в моллюсках

Исследования беззубок и дрейссен в прибрежных водах Очаковской косы проводилось в лет­нее время с 2006 - 2010 гг. Самые высокие концентрации исследованных металлов зафиксирова­ны в тканях двустворчатых в 2007 г. Содержание в мягких тканях моллюсков свинца, меди и цинка с периода 2006 - 2007 гг. снизилось к 2010 г. в 1,5 - 4 раза. В 2010 г. в моллюсках зафикси­рована минимально за 5 последних лет содержание меди, железа, никеля и свинца. Дрейссены и беззубки имели общую тенденцию в накоплении большинства металлов, при этом, как правило, дрейссены накапливали в себе ТМ гораздо в больших концентрациях (рис. 1).

Мидии, собранные вблизи Мацесты, показали тенденцию к накоплению максимального коли­чества 4-х из 5 исследуемых ме­таллов, по отношению к осталь­ным черноморским станциям. У мидий, собранных в прибрежных водах в окрестностях Сочи и Гаг­ры, наблюдались сходные показа­тели в накоплении металлов. Ми­дии этих пунктов содержали ми­нимальное количество свинца, железа и цинка, по сравнению с другими станциями.

Для удобства изложения, дан­ные о содержании металлов при­ведены отдельно для каждого эле­мента (единицы измерения мкг/г). Сравнивались сопоставимые по размерам двустворчатые (беззуб­ки и мидии). Дрейссены учитыва­лись отдельно.

Цинк. Содержание Zn было максимальным в тканях мидий, собранных в прибрежных водах вблизи Мацесты (55,5 ± 5,4). На втором месте по накоплению этого металла находилась Панагия (42,2 ± 4,4). Меньше всего цинка обнаружено в беззубках Таганрогского залива, в 2008 - 2010 гг. его содержание снизилось до минимальных значений (9,2 ± 1) (рис. 2).

Никель. Содержание Ni было максимальным у мидий собранных в прибрежных водах Таман­ского полуострова в 2006 г. (1,9 ± 0,4). В 2008 г. этот показатель сократился в 5 - 6 раз (0,3 ± 0,03). На втором месте по содержанию меди находились мидии собранные вблизи Мацесты (1,3 ± 0,04). На Очаковской косе максимальное содержание никеля отмечено в 2008 г. (0,4 ± 0,1), минималь­ное в 2010 г. (0,1 ± 0,06).

Медь. Содержание Cu было максимальным в тканях мидий, собранных в прибрежных водах вблизи Мацесты (2,8 ± 0,3). В 2006 г. сопоставимый уровень наблюдался на Тамани, однако к 2008 г. он снизился примерно в 6 раз (0,3 ± 0,003). Также достаточно высоким, по сравнению с

остальными станциями, со­держание Cu было отмечено в тканях моллюсков из при­брежных вод Гагры (1,9 ± 0,6). В районе Очаковской косы содержание меди изна­чально было достаточно низ­ким, начиная с 2006 г. (0,6 ± 0,2) и продолжало снижать­ся весь исследуемый период до 2010 г. (0,2 ± 0,03).

Свинец. В 2006 - 2007 гг. содержание Pb достигало максимальных значений в тканях беззубок Очаковской косы (1,4 ± 0,3). В 2008 ­

Cu

Pb

1,5 1,2 0,9 0,6 0,3 0

0,8 0,6 0,4 0,2 0

2006    2007    2008 2010

2006    2007    2008 2010

Рисунок 2 - Средние концентрации и стандартные отклонения свинца и меди (мкг/г), в тканях двустворчатых сем. Unionidae Таганрогского залива (Очаковская коса)

t­o о I t-

Q.

<u О

100 90 80 70 60 50 40 30 20

10 0

XT

У

- Мацеста

- Гагра

2010 гг. его содержание упало до минимальных значений (0,04 ± 0,01). У мидий содержание Pb было максимальным у моллюсков, собранных в прибрежных водах вблизи Мацесты (0,3 ± 0,01). Среднее для м. Панагия было незначительно ниже, однако отличие не было достоверным. На одинаково низком уровне Pb содержался в тканях мидий, собранных в прибрежных водах Сочи и Гагры (0,1 ± 0,01).

Железо. Содержание Fe было максимальным в тканях мидий, собранных в прибрежных водах вблизи м. Панагия в 2008 г. (390 ± 61). На втором месте по накоплению этого металла находилась Мацеста (295,7 ± 13,7). Содержание железа в беззубках Очаковской косы колебалось от 225 до 350 мкг/г, с максимумом в 2007 г. и с небольшим снижением к 2010 г. На фактически одинаково низком уровне Fe содержалось в тканях мидий собранных в прибрежных водах Сочи и Гагры (до 61 мкг/г).

Выживаемость в безводной среде. Минимальное время жизни на суше составляло 3 дня у мидий из Мацесты и 4 дня у мидий, обитающих в водах у м. Панагия, 5 дней у мидий, отобран­ных возле Гагры, и 4 дня у мидий, отобранных вблизи Сочи. Время гибели 50 % тестируемых особей (LD50) варьировало от 4,5 дней для популяции мидии близ Мацесты до 8,9 дней у группы из прибрежных вод в районе Гагры (рис. 3). Для м. Панагия LD50 составлял 8,3, для Сочи - 5,8. Максимальное время жизни на суше для особей из Мацесты, Сочи, м. Панагия и Гагры составля­ло 8, 9, 12 и 13 дней и соответ­ственно. Таким образом, мидии, обитающие вблизи Гагры и у мыса Панагия, демонстрировали более высокую жизнеспособность вне водной среды, в то время как моллюски, добытые в водах возле Мацесты, оказались более ослаб­ленными. Как было показано выше, в тканях этих мидий наблю­далось повышенное содержание большинства исследуемых метал­лов. Следует отметить, что мидии, собранные недалеко от городско­го порта Сочи, показали достаточ­но низкую выживаемость в без­водной среде, несмотря на сравнительно низкое содержание тяжелых металлов. Низкое время жизни, на наш взгляд, могло быть вызвано воздействием других загрязнителей, определение ко­торых не входило в задачу наших исследований. Показатель LD50 этих моллюсков, однако, зна­чительно превышал аналогичный показатель мидий Мацесты, содержащих высокие концентра­ции ТМ металлов.

Минимальное время жизни на суше беззубок, собранных на Очаковской косе в 2006 - 2011 гг., увеличилось с 4-х до 10 дней, максимальное - с 13 до 15 дней (рис. 4). Показатель LD50 также увеличился с 7 до 12 дней. Таким образом, можно отметить, что за последние годы устойчивость

двустворчатых моллюсков к стрес-сорному воздействию существен­но возросла, одним из факторов улучшения их состояния может яв­ляться понижение содержания в их тканях ТМ. Следует отметить, что в данном исследовании рас­сматривалась южная часть зали­ва. Северная часть залива отмеча­лась нами ранее как более загряз­ненная [5].

В Азовском море мидии встре­чаются достаточно в небольших количествах, и обитают преиму­щественно в районах Молочного и Утлюкского лиманов [1], поэто­

0   1   2   3   4   5   6   7   8   9 10 11 12 13 Время эксперимента, сутки

Рисунок 3 - Выживаемость Mytilus galloprovincialis из разных пунктов Черного моря в безводной среде

3'

о4

100 90 80 70 60 50 40 30 20

10 0

2006 2010

0   1   2   3   4   5   6   7   8   9 10 11 12 13 14 15 дни эксперимента

Рисунок 4 - Изменения выживаемости в безводной среде дву­створчатых сем. Unionidae Таганрогского залива (сравнение наиболее разделенных по времени выборок)му в мониторинге заливов Азовского моря мы использовали беззубок. Естественно, сравнивать степень загрязнения разных семейства моллюсков мы можем лишь условно, делая поправку на разную способность двустворчатых фильтровать и накапливать ТМ [10, 12]. Так же будет некор­ректно сравнивать время жизни на суше у разных семейств двустворчатых. Тем не менее, мы можем получить общее представление о распределении загрязнителя по побережью Черного и Азовского морей. Проводя многолетний мониторинг на одной территории, или сравнивая состо­яние одного семейства, взятого с разных пунктов, мы можем не только получать информацию о степени накопления ТМ в зообентосе, но и определить степень стрессированности бентосных форм на данной территории.

Наблюдаемая нами картина физиологического стресса у черноморских мидий во многом ока­залась сходной с результатами, полученными для этого вида двустворчатых на Средиземном море [13]. Показатель LD50 мидий, собранных в заливе Сароникоз Эгейского моря, варьировал от 2,9 до 8,5 дней. Таким образом, показатели LD50 для черноморских мидий перекрывались в макси­мальном значении с показателями, характерными для наиболее устойчивых к обезвоживанию средиземноморских мидий.

Достаточно интересная картина проявляется при сравнении концентраций тяжелых металлов в тканях черноморских мидий, собранных на наших станциях, с концентрациями аналогичных металлах в мидиях, приведенных в литературе, в том числе зарубежными исследователями.

Концентрации никеля и цинка в средиземноморских мидиях из залива Сароникоз были выше, а железа - ниже, чем в изученных нами черноморских моллюсках этого вида и размера [13]. Мидии, собранные на Португальском побережье Атлантического океана [15] показали высокое содержание меди (превышающие показатели на исследованных нами точках в 1,5 - 2 раза) и цинка (превышающие показатели на исследованных нами точках в 4 - 7 раз). Содержание железа и никели было либо сопоставимо, либо несколько ниже показателей в наших исследованиях. Мидии, собранные на Турецком побережье Эгейского моря по содержанию цинка мало отлича­лись от аналогичных показателей, полученных нами для Сочи и Гагры, хотя мидии Мацесты и м. Панагия показали более высокое накопление этого металла [16]. Концентрация меди у «турец­ких» мидий превышало аналогичный показатель у мидий собранных вблизи Сочи, однако было ниже показателя для м. Панагия, Гагры и Мацесты. Содержание свинца «турецких» мидий в несколько раз превышало показатели на исследованных нами точках. Следует отметить, что за­рубежные авторы предлагали использовать исследованный участок Эгейского моря для выращи­вания мидий и других морепродуктов, как относительно экологически безопасный.

Исследования Казачьей бухты украинской части Черного моря выявили накопления тяжелых металлов (в мидиях) в 2 - 3 раза превышающие показатели на исследованных нами точках [4]. Исключение составляли мидии из Мацесты, содержащие железа в более высоких концентрациях, чем мидии Казачьей бухты, однако содержание железа в мидиях из Сочи и Гагры в среднем было значительно ниже, чем в Казачьей бухте. Исследования, проведенные перед Керченским проли­вом, недалеко от исследованной нами окрестности м. Панагия, показали более высокое содержа­ние в мидиях меди, цинка и свинца [3]. Степень ослабления моллюсков в статьях не указывалась.

Что касается беззубок, то по нашим данным моллюски Очаковской косы содержали медь и цинк в значительно меньших концентрациях, чем беззубки реки Дон, впадающей в залив (иссле­дования проводились значительно выше Ростова-на-Дону, в местах считающимися относитель­но слабо загрязненным) [10].

Содержание тяжелых металлов в двустворчатых исследованных нами пунктах не превышало

ПДК [2].

Заключение

На основе полученных данных мы можем сделать вывод о неоднородности распределения тяжелых металлов в водах у побережья Азово-Черноморского бассейна, могло наблюдаться по­вышение содержание одного металла на фоне снижения содержания другого. Выживаемость в безводной среде отличалась у мидий и беззубок с разным содержанием ТМ. Используемый нами биомаркер позволяет определить степень воздействия загрязнения на бентосные организмы, в частности на двустворчатых семейств Unionidae и Mytilidae. Наши данные свидетельствуют о более низком показателе устойчивости в условиях стресса вызванного помещением в безводную среду мидий из прибрежных вод Мацесты. Также низкой выживаемостью отличались моллюски Таганрогского залива, при повышенном содержании в их тканях ТМ (первые годы исследова­ния). Можно предположить, что одним из факторов стресса является высокое содержание в водеисследуемых станций свинца, цинка которые характеризуются медленным выведением из орга­низма и обладают токсическим и мутагенным действием. Понижение концентрации этих метал­лов в тканях моллюсков Очаковской косы в 2008 - 2010 гг. сопровождалось повышением жизне­способности двустворчатых, что может свидетельствовать о нормализации экологической ситуа­ции в южной части Таганрогского залива.

Благодарности

Авторы выражают искреннюю благодарность сотруднице Междисциплинарной аналитичес­кой лаборатории ИАЗ ЮНЦ РАН Е. Г. Алешиной за помощь в определении содержания тяжелых металлов в тканях моллюсков, использованных в данном исследовании.

Литература

1. Анистратенко В.В., Халиман И.А., Анистратенко О.Ю. Моллюски Азовского моря. - К.: Наукова Думка, 2011. - 170 с.

2. БеляевМ.П., ГнеушевМ. И., ГлотовЯ.К., Шамов О.И. Справочник предельно допустимых концентра­ций вредных веществ в пищевых продуктах и среде обитания. - М.: Наука, 1993. - 78 с.

3. Денисов В.И. Черноусов С.Я., Кузнезов А.Н., Лукьяненко А.Д. Аккумуляция микроэлементов черно­морской мидией и рапаной // Экологические проблемы. Взгляд в будущее : Сборник конференции. -Ростов н/Д, 2005. - С. 35 - 37.

4. Козинцев А. Ф. Сезонная динамика содержания тяжелых металлов в мидии (Mytilus galloprovincialis) из бухты Казачья Черного моря // Морський екологічний журнал. - 2006. - Т. V, № 4. - С. 41 - 46.

5. ЛебедеваН.В., ПанасюкН.В. Dreissenapolymorpha (Pallas, 1771) в биоиндикации загрязнения вод в бассейне Азовского моря // Доклады Академии Наук. - 2011. - Т. 436, № 4. - С. 569 - 573.

6. МатишовГ.Г., ГоргопаЮ.М., Бердников С.В., Дженюк С.Л. Закономерности экосистемных процес­сов в Азовском море. - М.: Наука, 2006. - 304 с.

7. МатишовГ.Г., ПольшинВ.В., ИльинГ.В., Новенко Е.Ю., КарагеоргисА. Закономерности литохимии и палинологии современных донных отложений Азовского моря // Вестник ЮНЦ РАН. - 2006. - Т. 2, №

4. - С. 38 - 51.

8. Никаноров А.М. Современное состояние и тенденции долговременных изменений качества поверхно­стных вод суши Азово-Черноморского бассейна // Вестник ЮНЦ РАН. - 2004. - Пилотный вып. - С. 61

- 70.

9. Никифоров С.М., БудникА.А. Отбор по аллозимным локусам у тихоокеанской мидии Mytilus trossulus в условиях стресса // Биология моря. - 2004. - Т. 30, №1. - С. 54 - 59.

10. Панасюк Н.В. Dreissena polymorpha (Pallas, 1771) и Pseudanodonta complanata (Ziegler in Rossmaessler, 1835) в биоиндикации загрязнения вод в бассейне Азовского моря // Изучение и освоение морских и наземных экосистем в условиях арктического и аридного климата ЮНЦ РАН : материалы международ­ной конференции. - Ростов н/Д, 2011. - С. 82 - 84.

11. Панасюк Н.В., Лебедева Н.В. Мидия (Mytilusgalloprovincialis Lamark, 1819) в биоиндикации загрязне­ния Черного моря // Вестник ЮНЦ РАН. - 2008. - Т. 4, № 4. - С. 68 - 74.

12. Соловых Г.Н., Минакова В.В., Карнаухова И.В., Павловская В.В. Сравнительное исследование аккуму­ляции тяжелых металлов двустворчатыми моллюсками семейств Unionidae и Dreissenidae // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2009. - № 6. - С. 348 - 350.

13. Catsiki V.A., Kozanoglou C., Strogyloudi E. Monitoring of the effects of pollution along the Saronikos gulf : Report 2001 - 2002. NCMR. - 2003. - 51 p.

14. Kefaloyianni E., Gourgou E., Ferle V., Kotsakis E., Gaitanaki С., Beis I. Acute thermal stress and various heavy metals induce tissue-specific pro- or anti-apoptotic events via the p3 8-MAPK signal transduction pathway in Mytilus galloprovincialis (Lam.) // J. Experimental Biology. - 2005. - V 208. - Рр. 4427 - 4436.

15. MachadoL.M., BebiannoM. J., Boski T. andMouraD.M. Trace metals on the Algarve coast, II: Bioaccumulation in mussels Mytilus galloprovincialis (Lamarck, 1819) // Bol. Inst. Esp. Oceanogr. 1999 - V 15, № 1 - 4. - Pр. 465 - 471.

16. Ugur S. Trace metal levels in mussels (Mytilus galloprovincialis L. 1758) from Turkish Aegean Sea coast // Environmental Monitoring & Assessment. - 2006. - V 114. - № 1 - 3. - І5р. 273 - 286.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Н В Панасюк - Двустворчатые моллюски в биомониторинге азово-черноморского бассейна