РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2010, том 50, № 4, с. 405-413
УДК [57+61]::539.1.04:599.323:591.525/526:591.044
АДАПТИВНАЯ СТРАТЕГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ ГРЫЗУНОВ ПРИ РАДИОАКТИВНОМ И ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ СРЕДЫ
© 2010 г. Н. М. Любашевский1*, В. И. Стариченко2
1 Institute of Mental Activity IIAPS, Ashdod, Israel 2Институт экологии растений и животных УрО РАН, Екатеринбург
Проведен сравнительный анализ демографических и морфофизиологических процессов у мышевидных грызунов из зон загрязнения (90Sr + 90Y 137Cs) в зоне Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) и (Cu + Cd + Pb + Zn + SO2) в районе медеплавильного завода. Прямое (неопосредованное) поражение животных при облучении приводит к наследуемой адаптации (сохранение численности, повышение толерантности к поллютанту, снижение миграции и пр.). Опосредованное поражение при загрязнении металлами влияет на животных в результате деградации растительного покрова, сокращения кормовой базы, мест укрытия и размножения, на фоне снижения численности миграция возрастает. Таким образом, популяция реагирует на прямое поражение особей или на деградацию среды их обитания, т.е. неспецифически, вне зависимости от физико-химической природы поллютанта.
Загрязнение среды, грызуны, 90Sr, Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС), тяжелые металлы, медеплавильный комбинат.
Механизмы приспособления сообществ животных и растений к изменениям внешней среды выработаны в течение миллионов лет эволюции в условиях сезонных и чрезвычайных природных катаклизмов (засухи, наводнения, пожары и т.д.), и потому неспецифичны. Следствием этого является утверждение о преобладании в экотоксикологической картине поражения популяций животных, обитающих в природной среде, общих черт при действии любых вредоносных факторов. Такой взгляд приводит к снижению интереса к многообразию поллютантов или к некритичному переносу закономерностей, полученных на полигонах, загрязненных радионуклидами, на иные экотоксикологические ситуации, например, в работе [1].
Цель данной работы — переоценка представлений о единообразии реакций популяций мелких млекопитающих (на примере грызунов) на хроническое воздействие различных поллютантов путем экологического анализа биологических эффектов, появляющихся при обитании животных на территориях, загрязненных радионуклидами или тяжелыми металлами и SO2.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
В работе использованы собственные и литературные данные, полученные при исследовании популяций грызунов, обитающих на ВУРСе
* Адресат для корреспонденции: 77572 Ashdod, Israel, 8b/11 Shabassy Str., Institute of Mental Activity, Israeli Independent Academy for Progress of Sciences; Phone/Fax: (9728) 8540815; e-mail: nahum.nema@mail.ru.
(90Sr + 90Y), в зоне Чернобыльской аварии (137Cs, 90Sr + 90Y), вблизи алюминиевых заводов (F) Урала, Сибири и Таджикистана и в окрестностях медеплавильного завода (Cu, Cd, Pb, Zn, SO2) на Среднем Урале [1—13].
В порядке убывания вклада результатов в научную информацию, полученную при их использовании , видовой состав грызунов на ВУРСе можно расположить в следующий ряд: малая лесная мышь (Apodemus uralensis Pall., 1778), слепушонка обыкновенная (Ellobius talpinus Pall., 1770), полевка обыкновенная (Microtus arvalis Pall., 1779), красная полевка (Clethrionomys rutilus Pall., 1779), мышь полевая (Apodemus agrarius Pall., 1771), полевка узкочерепная (Microtusagrestis L., 1761), полевка-экономка (Microtus oeconomus Pall., 1776), пашенная полевка (Microtus agrestis L., 1761), водяная полевка (Arvicola terrestris L., 1758) (всего n = 411). Участки, на которых отлавливали грызунов, были сходны по биотопическим характеристикам и кормовой базе, но резко различались по плотности загрязнения 90Sr: 18.5 и 37 МБк/м2 в основании следа, 74—370 кБк/м2 — на его периферии, контрольные территории — 18.5—7.4 кБк/м2 (рис. 1).
У пойманных зверьков измеряли массу и линейные размеры тела, рассчитывали относительную массу органов, определяли параметры репродуктивных органов, гематологические и цитоге-нетические показатели, иммунный статус (клеточный и гуморальный иммунитет, систему естественной резистентности). Методики исследования приведены в публикациях [4, 5, 18—20].
Обратимость нарушений при разобщении с радиационным воздействием использована как тест на физиологическую адаптацию к облучению в онтогенезе.
Численность грызунов оценивали стандартными методами. Показателем миграционной активности служит доля мигрантов в популяции. Мигрантами считали животных, у которых удельная активность или концентрация токсикантов в скелете <10% или >1000%, чем средние значения в выборке, принимаемые за 100%. Этот критерий опирается на статистическое исследование принадлежности животных к данной выборке и был применен в работах [2, 4, 5]. Для тяжелых металлов миграция и обилие оседлой части населения оценена методом многосуточного вылова [3].
Основными дозообразующими радионуклидами на ВУРСе являются ß-излучатели 90Sr + 90Y и ß-у-излучатель 137Cs (его удельная активность в почве на два порядка ниже, чем 90Sr + 90Y). 90— 95% 90Sr + 90Y депонировано в костной ткани животных, поэтому мы подразумеваем под удельной активностью 90Sr в скелете суммарную ß-актив-ность, обусловленную 90Sr + 90Y.
Определение суммарной ß-активности 90Sr + 90Y в пробах костной ткани животных проводили на приборе "RFT 10 MHz — Zahler VAG-120" [21].
Мощность дозы внутреннего облучения на костный мозг рассчитывали по формуле [22]:
DR = 7.0 CK
где DR — мощность дозы
(мГр/сут); С^Г — удельная активность 90Sr в сырой кости (кБк/г).
Статистическая обработка данных выполнена с помощью пакета лицензионных программ Microsoft Excel 2002 и Statistica 6.0 (StatSoft Inc.).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
У грызунов, обитающих на территории ВУРСа, обнаружены множественные демографические и морфофизиологические отклонения от аналогичных показателей в выборках зверьков из контрольных популяций [2, 5, 10—13, 17—20, 23—29, 33]. Нет сомнения в том, что это последствия их полувекового обитания в среде, загрязненной радионуклидами.
Индивидуальная поглощенная доза за год у разных видов из головной части ВУРСа: на участке "37000" - 2-4.9 Гр, "Бердениш" - 0.3-1.5 Гр, в контроле (пос. Метлино) - 5.0 х 10-4 Гр.
У малых лесных мышей, отловленных на участках, загрязненных радионуклидами, обнаружена более высокая относительная масса печени, почек и селезенки. Выявлено снижение количества эритроцитов и ретикулоцитов и признаки задержки созревания эритроидных клеток в кост-
ном мозге. Снижена доля сегментоядерных ней-трофилов и малых лимфоцитов, найдены атипичные формы белой крови, изменения миэлограм-мы. Снижена доля Т-хелперов, регуляторный индекс (Т-хелперы/Т-цитотоксические) ниже 1.0, значимы и другие иммунологические сдвиги. Титр антител при антигенной стимуляции вакциной достоверно снижен. Явно преобладает комплекс умеренных нарушений иммунитета [5].
Регулярны свидетельства нестабильности генома (повышение частоты хромосомных аберраций, ане-уплодии и полиплоидии, пробелов, микроядер [5, 13, 17—19, 23—26, 29, 33], изменение частот альтернативных неметрических признаков, флуктуирующей асимметрии [20, 28], нагрузочных реакций [2]. Те или иные нарушения найдены у всех грызунов — аборигенов ВУРСа.
Значительная часть отклонений от нормы обратима и оценена как физиологическая реакция организма. Пример — изменения антиоксидант-ного статуса и перекисного окисления липидов у обыкновенных полевок из наших выборок, отловленных на участке с плотностью загрязнения 908г 18.5 МБк/м2 [10]. Через полгода пребывания зверков в виварии указанные показатели стали соответствовать контрольным. Другой пример — постепенная нормализация высокого уровня хромосомных аберраций у потомков (до Б3) обыкновенной полевки, полученных в нашем виварии [26].
Ряд нарушений нельзя не расценить как выраженную наследуемую патологию. К ним относятся, в частности, появление самок — структурных мутантов 45, Х0 [19]. Их кариотипы — индикаторы мутагенеза в предшествующих поколениях. Ряд случаев нарушения в строении костей черепа, обнаруженных у грызунов на различных участках, загрязненных радионуклидами, грубая патология, уродства [28]. Аномальные формы белой крови также относятся к патологии. Следует отметить относительно высокую частоту этих находок у зрелых жизнеспособных особей.
Близкий уровень изменения частот альтернативных неметрических признаков в течение многих лет в локальных популяциях грызунов на ВУРСе [28] и сходная гематологическая, цитоге-нетическая и фенетическая реакция на дозовые нагрузки, отличающиеся в десятки — тысячи раз в ряду поколений (ВУРС, Тоцк, Чернобыль, Семипалатинск), это свидетельства ведущей роли наследуемых нарушений (генетического груза). Изменение частот фенов у обыкновенной полевки и малой лесной мыши на участках с плотностью загрязнения 148 кБк/м2 и 27750 кБк/м2 сходное, однонаправленное [20]. Похожая закономерность найдена и у обыкновенных слепушонок, отловленных в головной части ВУРСа, в пойме р. Теча и на Тоцком полигоне при различии плотности
загрязнения 908г до трех порядков величин [30]. Атипичные лимфоциты, лейкоциты и микроядра, обычные для грызунов, населяющих территорию ВУРСа и получающих дозу облучения 50— 150 мГр [5, 18], в эксперименте с хроническим облучением проявляются при дозах около 86000 мГр [31].
Многие рассмотренные особенности реакции популяций были и ранее отмечены на ВУРСе [2, 13, 23, 25, 29, 32] и расценены как признаки адаптации к радиоактивному фактору (повышенные по сравнению с контролем численность населения, плодовитость, уменьшение поглощения кислорода и т.д.). В работах [5, 12, 18, 20] приведены важнейшие дополнительные признаки радиоадаптации. К ним отнесена, в частности, повышенная толерантность к хроническому облучению в загрязненной среде. Мощности дозы хронического облучения, переносимые животными без ущерба для репродукции — до 10 мГр/сут, для жизнеспособности — до 100 мГр/сут [6, 11]. На ВУРСе в настоящее время облучение только обыкновенной полевки на участке с плотностью загрязнения 37 000 кБк/м2 превышает толе
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.