научная статья по теме МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ СРЕДЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2011, том 51, № 5, с. 857-866

МОРСКАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 504.054/.064

МОРФО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВУСТВОРЧАТЫХ МОЛЛЮСКОВ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ СРЕДЫ

ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

© 2011 г. Г. А. Колючкина1, А. Д. Исмаилов2

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет

e-mail: galka.sio@gmail.com Поступила в редакцию 14.09.2010 г., после доработки 01.03.2011 г.

Исследованы морфо-функциональные характеристики черноморских двустворчатых моллюсков Anadara cf. inaequivalvis и Chamelea gallina при недельном содержании их в среде с сульфатом меди (0.05—5000 мг/л) или хлоридом кадмия (2 и 10 мг/л). Выделены изменения морфо-функционально-го состояния моллюсков при воздействии этих металлов: 60% снижение концентрации гемоцитов в гемолимфе и 5-7-кратное падение в них содержания аденозинтрифосфата (АТФ), а также появление в организме моллюсков "коричневых" клеток и липофусциноподобного пигмента. Изменения оказались сходными при воздействии обоих металлов.

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное антропогенное загрязнение прибрежных морских акваторий остается одной из важных проблем современности. Традиционным способом оценки состояния морских экосистем является мониторинг видового состава и структуры сообществ, а также показателей количественного развития видов-биоиндикаторов. Наиболее консервативными и пригодными для мониторинга являются бентосные организмы. Однако для водоемов с нестабильной экологической обстановкой использование этого метода оказывается затруднительным. Так, в последние годы на Северо-Кавказском побережье Черного моря наблюдаются значительные изменения в структуре прибрежных экосистем. В результате инвазии аллохтонных видов и бенто-планктонных взаимодействий происходят ежегодные более чем 100-кратные колебания численности и биомассы донных организмов [2, 18]. На этом фоне выявить появление и динамику видов-биоиндикаторов, а также однозначно связать изменения в структуре сообществ с загрязнением оказывается сложной задачей. Для определения вклада загрязнения в динамику нестабильных морских экосистем необходимо применение дополнительных методов, основанных на оценке свойств индивидуальных организмов.

Одним из приоритетных направлений в настоящее время является выявление ранних изменений морфо-функционального состояния моллюсков при воздействии загрязняющих веществ — молекулярных и клеточных биомаркеров (от англ. Ыошагк-ег). Эти характеристики позволяют определить токсическое действие загрязнителей на экосистемы, до

их проявления на уровне популяции [1, 64]. Механизмы воздействия разных типов и комбинаций загрязнителей на организмы могут быть многообразными и сложными для анализа. Однако в большинстве случаев сублетальные воздействия приводят к единому результату — стрессовому состоянию животных. Для диагностики такого рода стресса используют неспецифические биомаркеры [59].

Наиболее доступными и удобными объектами биомаркерных исследований являются двустворчатые моллюски-фильтраторы. Профильтровывая большие объемы морской воды, эти животные способны накапливать в мягких тканях загрязняющие вещества в концентрациях, превышающих их содержание в окружающей среде до 105 раз [46, 66]. Кроме того, двустворчатые моллюски характеризуются крупными размерами и высокой численностью, легко доступны для отбора, что позволяет использовать их и для химического анализа загрязнений, и для изучения биологических реакций на токсиканты.

При выборе биомаркерных параметров важно использовать оценку физиологического состояния организмов на разных уровнях организации [45]. В организме моллюсков основную защитную функцию выполняет гемолимфа, она же во многом определяет и ответ на загрязнение [9, 20]. Клетки гемолимфы, гемоциты, вовлечены во многие физиологические процессы, от защитных реакций (фагоцитоз чужеродных частиц, выделение различных бактерицидных факторов и пр. [9, 20]), до участия в пищеварении, экскреции и т.д. [20, 48]. Сильное загрязнение, а также воздействие гидрофобных токсичных веществ могут приводить к гибели гемоцитов за счет лизиса и к изменению соотношения

45.5 -\

45.0 -

44.5

44.0 -

43.5 -

43.0

40.5 °в.д.

Рис. 1. Район сбора материала. Стрелками отмечены районы отбора проб моллюсков для экспериментального исследования. 1 — Chamelea gallina, 2 — Anadara cf. inaequivalvis.

между их основными типами [9]. Гибель гемоцитов, отвечающих, в том числе, за примитивную систему иммунитета моллюсков может потенциально приводить к снижению способности организма сопротивляться паразитическим атакам и поражению микроорганизмами [54]. Воздействие загрязняющих веществ отражается на энергетике гемоцитов, важным показателем которой служит концентрация энергетических молекул в клетках [43, 52].

Такие процессы обычно приводят и к патологическим изменениям в других органах и тканях, интенсивно вовлеченных в обмен. Эти изменения могут быть выявлены при помощи гистологического анализа. В районах, примыкающих к промышленным зонам у моллюсков наблюдаются дистрофические изменения в соединительной ткани, мышцах [7], инфильтрация тканей гемоцитами (гемоцитоз) [58], воспалительные реакции [59], гемопоэтиче-ские неоплазии [23], некротические изменения жабр [58], нарушение синхронности работы пищеварительных трубочек [11], дезинтеграция пищеварительной железы, повышенное содержание в тканях гранул липофусцина [8], некротические изменения гонад [61] и неоплазии в ткани гонад [58].

В настоящее время отечественная система мониторинга на Черном море не включает биомаркерные исследования. И для этого района необходимо предварительное экспериментальное установление норм реакции биомаркерных параметров моллюсков на основные загрязняющие вещества. Основной целью настоящего исследования стала оценка морфо-функциональных характеристик (содержания АТФ в гемоцитах, концентрации гемоцитов в гемолимфе, уровня гистопатологий) массовых черноморских двустворчатых моллюсков при экспериментальном загрязнении морской воды сублетальными концентрациями тяжелых металлов (меди и кадмия).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объектами исследований стали двустворчатые моллюски, играющие ключевую роль в донных экосистемах рыхлых грунтов Северо-Кавказского побережья [10, 19]: хамелеа — Chamelea gallina (Linnaeus, 1758) из сем. Vfeneridae и анадара — Anadara cf. inaequivalvis (Bruguiere, 1789) из сем. Arcidae.

Отбор животных проводили на Северо-Кавказском побережье Черного моря (рис. 1) вручную с использованием легководолазного снаряжения. В

2003 г. в районе Геленджикской бухты, удаленном от основных транспортных путей, с глубины 4 м были собраны хамелеи с длиной раковины 12—18 мм. Анадары с длиной раковины 12—18 мм, выращенные на коллекторах в 15 км южнее пос. Шепси, были получены в августе 2007 г.

Лабораторные эксперименты проводили на базе Южного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН. В качестве загрязняющих веществ использовали сульфат меди (С^04 • 5Н20) или хлорид кадмия (СёС12 • 2.5Н20).

Схема эксперимента. Хамелей по 15 особей помещали в аквариумы с морской водой, содержащей различные концентрации сульфата меди (0, 50, 500мкг/л; 5, 50, 500 мг/л и 5 г/л). На сроках 0, 3, 10 часов, а также на вторые, третьи и седьмые сутки после начала эксперимента по три экземпляра извлекали для проведения гистологического анализа. Анадар по 60 особей помещали в аквариумы с морской водой, содержащей 25 и 250 мкг/л сульфата меди или 2 и 10 мг/л хлорида кадмия, а также без добавления тяжелых металлов (ТМ). На протяжении семи суток проводился отбор проб гемолимфы, тканей моллюсков на гистологию и тканей моллюсков на содержание в них кадмия и меди, соответственно. В эксперименте с сульфатом меди — до начала эксперимента, спустя 3, 8, 18, 33 часа, после трех и семи суток; в эксперименте с ионами кадмия — спустя 3, 8, 24 часа, на третьи и седьмые сутки. Для анализа отбирали по 9 моллюсков на точку. Экспериментальный раствор заменяли ежедневно. Забор воды проводили в Голубой бухте на расстоянии 150 м от берега, ее фильтрацию и обеззараживание не проводили. Для аэрации использовали воздушный насос.

Исследование характеристик гемолимфы (проводили только для анадар). Гемолимфу отбирали при помощи стерильных шприцов из синуса мускула-замыкателя, осторожно приоткрыв створки раковины. Подсчет концентрации гемоцитов производили при помощи микроскопа "Микромед" с увеличением 400Х в камере Горяева.

Для анализа содержания АТФ в гемоцитах отбирали по 50 мкл гемолимфы у каждого моллюска и смешивали каждую пробу с диметилсульфокси-дом в соотношении 1 : 1, хранили при температуре —18°С до начала анализа. Биолюминесцентный анализ концентрации АТФ с использованием свет-лячковой люциферазы проводили на счетчике импульсов RFT20046 (Германия) с пороговой чувствительностью 10-9 моль АТФ/л. Концентрацию АТФ определяли из калибровочного графика "интенсивность свечения (эмиссии) люциферазы/концентра-ция АТФ".

Для гистологического исследования отделенные от раковины мягкие ткани хамелей фиксировали 4% формальдегидом, а для анадар был использован фиксатор Дэвидсона (глицерин дистиллированный — 40% формальдегид — спирт 96° — морская

вода в соотношении 1 : 2 : 3 : 3). В дальнейшем образцы обезвоживали по стандартной гистологической методике и заливали в среду Гитомикс. Срезы (5—7 мкм толщиной) окрашивали гематоксилином Караччи и эозином и изучали под световым микроскопом "Olympus" при увеличении 400Х—900Х. При анализе препаратов отмечали присутствие или отсутствие патологии у каждого моллюска и определяли процентное содержание особей с такой патологией.

Исследование содержания тяжелых металлов в мягких тканях моллюсков (только для анадар) проводили с использованием метода атомно-адсорбцион-ной спектрометрии. Данные по содержанию Cd и Cu в тканях моллюсков приведены для сухого веса.

Статистическая обработка данных. Статистическую обработку данных проводили в программе Sta-tistica 7.0. Для оценки степени попарного сходства/отличия экспериментальных данных (от контрольных значений и от соседних знач

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком