ВЛИЯНИЕ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ПРЕСНОВОДНЫХ МОЛЛЮСКОВ

Полный текст

Нефтезагрязнения оказывают комплексное негативное влияние на состояние биосистем (Карташев 2007). Нефть является сложной смесью парафиновых, циклопарафиновых, ароматических углеводородов с простыми и разветвленными цепями. Содержит соединения серы и азота, органические кислоты, микроэлементы, нафтеновые кислоты и фенольные соединения, хлороформенные битумоиды и полиароматические углеводороды (Кузин, Яковлев 1993). В воде нефть испаряется, растворяется, эмульгируется, окисляется, агрегируется и биодеградируется (Егоров, Шипулин 1998). Малакофауна чувствительна к загрязнению вод токсикантами и принимает активное участие в аккумуляции и переносе химических веществ в водоемах. Сообщества моллюсков можно рассматривать в качестве биоиндикаторов изменений, происходящих в водной среде под влиянием загрязнителей (Бедова, Колупаев 1998; Романова др. 2008; Карташев 2014; Воробьев 2006). Загрязнения нефтью водоемов Западной Сибири стимулировало проведение исследований по влиянию нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков Planorbarius corneus. Объектом исследований являлись пресноводные моллюски семейства Planorbarius corneus и их эмбриональное развитие. Материалы и методы исследования Исследования проводили на моллюсках семейства роговая катушка (Planorbarius corneus) (Определитель ... 2004). Представители вида распространены в пресных водоемах Европы и Центральной Азии. Тело моллюска коническое, удлиненное. Передвижение осуществляется с помощью плоской широкой ноги. Раковина улитки достигает диаметра 3,5 см и толщины до 1 см. Форма раковины - круглая с приплюснутыми спиралями, обороты раковины лежат в одной плоскости. У катушки оплодотворение внутреннее. Оплодотворенные яйца улитки откладывают в виде клейких коконов по 20-100 яиц в каждом на листьях и стеблях водных растений. В каждом коконе личинки развиваются синхронно. Внутри яйца зародыш проходит стадии развития: дробление, образование трохофоры, велигера, затем проходит метаморфоз и молодая улитка выходит наружу (Жадин 1952; Долгин 2009). В природе моллюски Planorbarius corneus питаются в основном водорослями и бактериями. Исследования по влиянию нефтязагрязнений на выживаемость и эмбриональное развитие моллюсков проводились в лабораторных условиях, на фоне естественной суточной ритмики температурного режима (22-25 °С) и освещенности. Исследования проводились на взрослых особях и икре при параллельном контроле. В качестве загрязнителя использовали сырую нефть Лугинецкого месторождения, плотность которой составляет 0,7754 г/см3. По своему составу нефть содержит: 0,3% серы общей, 0,14% массовой доли воды, 2,8% массовой доли парафина, менее 2,0 ppm массовой доли сероводорода и менее 1,0 ppm органических хлоридов. В первой серии исследований опытная группа половозрелых моллюсков содержалась в воде c концентрацией нефти: 1 мл/л, 2 мл/л, 4 мл/л, 8 мл/л в течение 14 дней при параллельном контроле. Во второй серии исследовались адаптации моллюсков к хроническому действию нефтезагрязнений при ежедневном внесении в опытные группы 0,5 мл/л поллютанта. В третьей серии исследований кладки икры моллюсков помещались в чашки Петри объемом воды 25 см3 с разной концентрацией загрязнителя: 0,5 мл/л, 1 мл/л, 4 мл/л, 8 мл/л. Контролем служила кладка икры без добавления нефти. Наблюдение за развитием икринок проводилось в течение 14 дней. В четвертой серии провели сравнение длительности эмбрионального развития при концентрации загрязнителя 0,5 мл/л кладок, отложенных в условиях предварительного загрязнения среды нефтью, и кладок, перенесенных из аквариума с хроническим загрязнением нефтью взрослых особей данной же концентрации. Подсчет и анализ развития икры проводился с использованием цифрового микроскопа Motic DMBA 300. Ежедневно кладки икры моллюсков просматривались под микроскопом для определения стадий развития личинок. Статистическая обработка данных наблюдений по влиянию нефти на выживаемость и эмбриональное развитие моллюсков проводилась с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2010. Результаты и обсуждения Анализ данных, представленных в таблице 1, позволяет считать, что при концентрации 1 мл/л не наблюдаются существенных изменений в поведении улиток. На 30-й минуте нефтяные пятна светло-оранжевого оттенка покрыли всю поверхность воды. При концентрации 2 мл/л на 30-й минуте вся поверхность воды покрыта нефтяной пленкой светло-оранжевого цвета. На 15-й минуте увеличилась дыхательная активность моллюсков, наблюдалось увеличение потребности в кислороде, что стимулировало их двигательную активность. Потребность в еде не была ключевым показателем, влияющим на активность. На 10-е сутки при концентрации 1 мл/л происходят незначительные изменения численности моллюсков, при концентрации 2 мл/л начиная с 3-го дня численность не изменялась (рис. 1). Значительные изменения в поведении и численности моллюсков отмечены на 2-е, 6-е и 8-е сутки. Сравнительный анализ полученных в лабораторных условиях данных о влиянии нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков, приведенный в таблицах 2-5, при концентрациях 4,8 мл\л выявил изменения в численности и в поведении. Таблица 1 Выживаемость пресноводных моллюсков в зависимости от концентрации нефтезагрязнений Концентрация нефти Смертность моллюсков (Planorbis corneus) 1-е сут. 2-е сут. 3-е сут. 4-е сут. 5-е сут. 6-е сут. 7-е сут. 8-е сут. 9-е сут. 10-е сут. 11-е сут. 12-е сут. 13-е сут. 14-е сут. Контроль (0 мл/л) 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 1 мл/л 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 6±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 2 мл/л 6±1 6±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 5±1 4 мл/л 5±1 4±1 4±1 4±1 4±1 3±1 3±1 3±1 3±1 2±2 2±2 2±1 2±1 1±2 8 мл/л 5±2 3±2 1±1 1±1 1±1 1±1 1±1 0 0 0 0 0 0 0 Рис. 1. Выживаемость пресноводных моллюсков в зависимости от концентрации нефтезагрязнений Таблица 2 Изменения в поведении моллюсков в первые сутки после внесения нефти: 4 мл/л и 8 мл/л Концентрация Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений Контроль (0 мл/л) Повышенная активность, крепкое сцепление со стенками аквариума, поиск пузырьков воздуха в верхней толще воды, фильтрация воды, свободное передвижение, обособленность видов. 4 мл/л Слабовыраженная активность, слабое сцепление со стеклом, пребывание в донной толще. Через 15 минут после действия нефти повышается дыхательная и двигательная активность. В поисках кислорода моллюски группируются и выползают на поверхность воды и распределяются по всей толще. Через час наблюдений активность моллюсков снижается. У некоторых особей отмечено покраснение мантии. 8 мл/л У 40% улиток наблюдается выпадение и покраснение мягких тканей из раковины через 15 минут, через 30 минут ткани возвращаются в раковины до полного закрытия. Остальные особи обособлены друг от друга и собирают пузырьки с воздухом. Через 30 минут активность остальных 60% улиток снижается до минимума. Анализ данных, представленных в таблице 2, позволяет считать, что при концентрации нефти в воде 4 мл/л наблюдается повышение потребности в кислороде, что стимулирует их двигательную активность. Потребность в еде не была ключевым показателем, влияющим на активность. При концентрации 8 мл/л отмечается снижение двигательной активности и выпадение из раковин мягких тканей моллюсков, что свидетельствует о необратимых изменениях физиологических процессов. Анализ данных, представленных в таблице 3, свидетельствует о том, что при концентрации нефти 4 мл/л происходит снижение двигательной активности. Постоянное пребывание в верхних слоях воды является показателем нехватки кислорода. Зафиксировано ЛД50 при концентрации 8 мл/л на вторые сутки исследования. Анализ данных, приведенных в таблице 4, показывает, что при концентрации 4 мл/л улитки испытывают дефицит кислорода. Токсическое влияние нефти проявляется в закрытии створок раковины. При концентрации 8 мл/л мягкие ткани моллюсков частично или полностью отделены от раковины, что свидетельствует о гибели организмов. На восьмые сутки нефть с концентрацией 8 мл/л привела к гибели всех моллюсков (табл. 5). Необходимо отметить, что при попадании моллюсков в токсичную среду, наблюдается развитие стрессовой реакции, проявляющейся в плотном закрытия створок раковины. При постепенном хроническом внесении нефти исследовалась адаптация моллюсков к нефтезагрязнениям (рис. 2). Результаты постепенного увеличения концентраций нефти на 0,5 мл/л за сутки, представленные на рисунке 2, свидетельствуют о развитии адаптивных реакций в течение 3-х суток. Элиминация неадаптированных особей происходила на 4-е сутки после внесения нефти. При постепенном повышении концентраций нефти увеличивается период выживаемости моллюсков. Вымирание особей наблюдается только на 7-е сутки. Гибель всех особей отмечается на 10-е сутки без внесения дополнительного количества нефти. Следовательно, при постепенном внесении нефти влияние на организм моллюсков менее токсично, чем при изначально высокой концентрации. Таблица 3 Изменения в поведении моллюсков на вторые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л Концентрация Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений Контроль (0 мл/л) Изменения в поведении не отмечены. 4 мл/л Группирование парами, слабая активность, снижение количества экскрементов. Часть моллюсков питаются растительностью, загрязненной нефтью, на поверхности водной толщи, другие остаются на дне аквариума. 8 мл/л У 50% особей наблюдается выпадение тканей из раковины, нет признаков жизни. Отмечены следы на кромке нефти, оставленные улитками в процессе поиска кислорода. Экскременты не наблюдаются. Таблица 4 Изменения в поведении моллюсков на шестые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л Концентрация Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений Контроль (0 мл/л) Изменения в поведении не отмечены. 4 мл/л Признаки жизни отмечаются у 50% особей, которые перемещаются на поверхности воды с закрытыми крышечками раковины обособленно друг от друга. Низкая двигательная активность. Часть улиток с закрытыми створками на дне. 8 мл/л У большинства особей мягкие ткани полностью отделены от раковины. Особи находятся на дне, реакция заторможенная. Таблица 5 Изменения в поведении моллюсков на восьмые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л Концентрация Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений Контроль (0 мл/л) Изменения в поведении не отмечены. Наблюдается большее количество экскрементов, чем у моллюсков с загрязненной водой. 4 мл/л Состояние улиток критическое, находятся обособленно друг от друга на дне аквариума и передвигаются с низкой двигательной активностью. Наблюдается осаждение нефтяной пленки с растительностью. 8 мл/л Вымирание всех особей. Рис. 2. Выживаемость моллюсков при ежедневном внесении 0,5 мл/л нефти,% Проведено две серии исследований влияния нефтезагязнений на онтогенез моллюсков. В первой серии опытов определялись границы возможных для онтогенеза моллюсков концентраций нефти, во второй серии исследовались концентрации нефти в области толерантности онтогенеза моллюсков. Результаты первой серии исследований представлены в таблице 6 и позволяют заметить, что онтогенез моллюсков сохраняется при концентрации нефти 0,5 мл/л. При повышении концентрации нефти в водной среде развитие моллюсков замедляется и прекращается. Результаты исследования длительности эмбрионального развития моллюсков в области концентрации нефти: 0,5 мл/л, 1 мл/л, 4 мл/л и 8 мл/л представлены в таблице 7. Анализ полученных данных позволяет заметить, что концентрация нефти 0,5 мл/л не оказывает существенного влияния на длительность развития эмбрионов. Концентрация нефти 1 мл/л замедляет процесс развития эмбриона на стадиях эмбриогенеза. Концентрации нефти 4 мл/л и 8 мл/л являются критичной для развития эмбриона. Таблица 6 Влияние нефтезагрязнений на эмбриональное развитие моллюсков при различной концентрации Концентрация загрязнителя Образование трохофоры Образование велигера Оседание в яйце Выход молоди из яйца Контроль (0 мл/л) + + + + 0,5 мл/л + + + + 1 мл/л + + - - 4 мл/л + - - - 8 мл/л + - - - Таблица 7 Длительность развития стадий онтогенеза при различных концентрациях нефтезагрязнений Концентрация загрязнителя Сутки (24 ч.) Образование трохофоры Образование велигера Оседание в яйце Выход молоди из яйца Контроль (0 мл/л) 4±1 5±1 9±1 14±1 0,5 мл/л 3±1 6±1 9±1 14±1 1 мл/л 4±1 7±1 0 0 4 мл/л 4±1 0 0 0 8 мл/л 3±1 0 0 0 Примечание. Х± - среднестатистические значения длительности стадий развития с 95% уровнем достоверности. Таблица 8 Длительность эмбрионального развития моллюсков при концентрации нефти 0,5 мл/л Концентрация загрязнителя Общая плодовитость Выход молоди Число яиц в кладке Пустые капсулы Шт. % Контроль (0 мл/л) 16 1 14 87,5 0,5 мл/л 19 2 16 84,21 0,5* мл/л 17 4 9 52,94 Примечание. * Кладка перенесена из аквариума с хроническим загрязнением нефтью взрослых особей данной же концентрации. Исследовалось эмбриональное развитие моллюсков, кладки которых были отложены в нефтезагрязненных условиях. Анализ данных, представленных в таблице 8, отражает зависимость длительности эмбрионального развития от концентраций нефти. В контрольных условиях из 16 отложенных капсул на 17-й день было выведено 13 моллюсков. Концентрация нефти, равная 0,5 мл/л, не оказала влияние на период развития моллюсков: как и в контрольной кладке, первый выход молодых моллюсков наблюдается на 17-й день. При хроническом влиянии нефти на моллюсков процесс развития от нереста до выхода из кладки личинки отличался: из всей кладки (17 икринок) 4 капсулы оказались пустыми. По окончанию формирования эмбриона жизнеспособными остались 9 особей. Следует отметить, что количество отложенных кладок и число содержащихся в них капсул меньше контрольных. Интервал между кладками затянут на 7-10 дней по сравнению с контролем. Различие кладок 0,5 мл/л и 0,5 мл/л*, вероятно, вызвано повышенной уязвимостью личинок при хроническом влиянии нефти. На основании проведенных исследований о влиянии нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков можно сделать следующие выводы: 1. При нефтезагрязнениях изменяется поведение моллюсков. 2. В качестве защитной к нефти стресс-реакции можно рассматривать плотное закрытие створок раковин моллюсков. 3. Выживаемость моллюсков Planorbis corneus в загрязненной нефтью воде изменяется в зависимости от концентрации внесения. Максимальное токсическое влияние оказывает нефть с концентраций 8 мл/л, приводящая к гибели 50% моллюсков на 2-е сутки. 4. При постепенном увеличении концентрации нефти моллюски адаптируются к неблагоприятным условиям. 5. Выявлена возрастная устойчивость моллюсков к нефтезагрязнениям: к токсическому влиянию нефти наиболее устойчивы взрослые особи, наименее устойчивы - эмбриональные стадии развития. 6. Концентрация 0,5 мл/л не вызывала существенных изменений в онтогенезе моллюсков. При концентрации нефти 1 мл/л выявлено снижение плодовитости и торможение на всех стадиях эмбриогенеза. Концентрация нефти 8 мл/л приводит к летальности эмбрионов и взрослых моллюсков.

Об авторах

А. Г. Карташев

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

доктор биологических наук, профессор кафедры радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга

А. П. Шкарупо

аспирант кафедры радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга Томского государственного университета систем управления и радиотехники

В. И. Кочеткова

аспирант кафедры радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга

Список литературы

Дополнительные файлы