CC BY
42
УДК 597.442-1.05.577.118
В. Ф. Зайцев, Н. Г. Агабабова Астраханский государственный технический университет
ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ОСЕТРОВЫХ РЫБ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Каспийское море - единственный в мире водоем, в котором сохранилось промысловое стадо осетровых видов. Еще недавно их уловы здесь составляли 90 % мировой добычи. Однако в последнее время на Каспии сложилось очень напряженное положение с запасами осетровых видов рыб. Осетровые, являясь эволюционно древней группой, до последнего времени занимали ведущие позиции среди представителей ихтиофауны Каспийского бассейна. Имея ряд уникальных свойств и признаков в морфологическом строении, они обладают значительными возможностями пластического приспособления к изменяющимся условиям окружающей среды. Однако, в силу ряда причин антропогенного характера (сокращение нерестового миграционного пути, частичная или полная потеря нерестовых участков, нерегламенти-рованный вылов - и все это на фоне пресса токсических воздействий), произошло резкое изменение количественного и качественного состава русского осетра, севрюги, белуги и других видов.
В изменении стабильности экосистемы Каспийского моря такой антропогенный фактор, как нефтяное загрязнение занимает ведущее положение. Нефть и нефтепродукты стали одним из главных загрязнителей, оказывающих отрицательное влияние на биоценоз моря.
Спектр загрязняющих веществ, поступающих в море с буровыми шламами, пластовыми водами и другими отходами нефтегазодобывающей деятельности, достаточно широк [1]. Среди них есть специфические вещества (в основном синтетического происхождения), но основную массу образуют компоненты (углеводороды, ПАВ, тяжелые металлы), поступающие в море из других источников, что привело к нарушению гидрохимического режима водоемов, накоплению ксенобиотиков в гидробионтах, нарушению физиологических процессов в живых организмах (включая функционирование репродуктивной системы).
Техногенное загрязнение природной среды теснит природные формы патологии живых существ. В связи с этим всё большую актуальность для прогнозирования и предупреждения возможных угрожающих последствий загрязнения биосферы химическими соединениями приобретает получение информации не только об уровнях загрязнения, но и о биологических эффектах загрязнителей. Именно поэтому в общем комплексе исследований, связанных с постоянно возрастающим загрязнением окружающей среды, важная роль принадлежит биологическим исследованиям воздействия поллютантов на организм. Среди них тяжёлые металлы пред-
ставляют наибольший интерес не только из-за своей высокой токсичности для водных организмов, но и способности к аккумуляции и трансформации внутри биоценоза водоёма.
Следует отметить, что значительной угрозе подвергаются наиболее ценные представители ихтиофауны Волги и Каспия - осетровые, для которых особую опасность представляют скрытые последствия низких хронических уровней загрязнения.
В связи с этим актуально изучение содержания некоторых металлов в организме осетровых рыб для осуществления мониторинга за физиологическим состоянием популяции с целью сохранения биоресурсов.
Целью работы явилось изучение и прогнозирование закономерностей аккумуляции некоторых тяжёлых металлов в органах и тканях севрюги (Acipenser stellatus Pallas) различного возраста.
Материал и методы
Материалом для исследования послужили образцы проб воды, тканей и органов севрюги. Комплексные пробы отбирали из тканей и органов (мышцы, почки, гонады, селезёнка, жабры, кишечник, пилорическая железа, печень, желудок) каждой исследуемой особи и определяли содержание в них железа, никеля, цинка, свинца, меди, марганца, кобальта и кадмия.
Изучение содержания микроэлементов в органах и тканях севрюги проводили методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии [2] на спектрофотометре фирмы "Hitachi", модель AAS 180-50. Полученные результаты подвергали статистическому анализу.
Результаты и обсуждение
Исследования химического состава воды показали изменение концентрации растворённых форм активных ионов тяжёлых металлов, а также отсутствие превышения ПДК по Fe, Mn, Ni, Co, Pb.
Согласно проверке по критериям однородности Фишера и Стьюден-та (а = 0,05), значимые различия в средних значениях для элементов, превысивших ПДК, существуют для Cu и Zn.
По другим элементам из исследуемой группы p > 0,5, т. е. значимых различий по двухвыборочному t-тесту с различными дисперсиями нет.
Таким образом, полученные данные подтверждают, что соединения меди и цинка входят в группу основных загрязняющих веществ в ВолгоКаспийском бассейне.
Статистический анализ собранного материала показал наличие достоверных корреляционных связей различного характера (как положительных, так и отрицательных) между содержанием тяжёлых металлов в органах и тканях самок и самцов севрюги и размерами особей.
У самок, в отличие от самцов севрюги, наблюдается более высокое присутствие достоверных корреляционных связей (+ и -) в изучаемых органах и тканях. Это отмечается как по тяжелым металлам в органах и тканях, в которых обнаружена достоверная корреляция, так и по количеству элементов, между которыми она обнаружена.
Такое разнообразие г-связей объясняется, по-видимому, более сильными изменениями в организме самок при подготовке к нерестовой миграции. Мобилизация внутренних ресурсов организма в этот период влияет на перераспределение химических элементов во всех органах. Активные процессы метаболизма являются причиной того, что в биосинтез вовлекаются элементы, уже депонированные в паренхиматозных органах.
В. И. Воробьевым [3] было установлено, что наибольшее количество микроэлементов у рыб утилизируется в наиболее активных в функциональном отношении органах - печени, жабрах, почках. Преднерестовый период сопровождается резким увеличением количества микроэлементов в гонадах половозрелых рыб. При этом в гонадах самок металлов достоверно больше, чем в гонадах самцов. Результатом такого перемещения в организме и являются тесные корреляционные связи между количеством тяжелых металлов в органах.
Таким образом, при проведении регрессионного анализа показано, что динамика накопления тяжелых металлов подвержена значительным колебаниям, которые могут быть вызваны не только формирующими факторами, но и множеством других, «второстепенных» факторов. Суммарный эффект воздействия второстепенных факторов может быть весьма существенным.
С учетом достоверности полученных коэффициентов корреляции и их значимости были рассчитаны уравнения регрессии. Числовое выражение коэффициента корреляции оценивалось в промежутке -0,75 > г > 0,75, определяющем высокую степень достоверности связи.
Выбор характера регрессионной зависимости (линейная, логарифмическая, полиномиальная, степенная или экспоненциальная аппроксимация) определялся наибольшим значением величины аппроксимации (В2). Я2, или показатель определенности, - это число от 0 до 1, которое отражает близость значений линии тренда к фактическим данным.
Уравнения регрессии, полученные для самцов и самок, можно применить, экстраполируя такие процессы, как накопление тяжелых металлов в органах и тканях севрюги в возрастном промежутке от 7 до 22 лет.
Для кривых аппроксимации и их уравнений получение достоверных значений результирующих проекций номограмм истинно только в границах действия исчисленных уравнений.
По полученным результатам количественное содержание цинка имеет четко выраженную тенденцию к накапливанию в органах и тканях, в частности в мышцах, с возрастом. График изменения накопления цинка в мышцах с возрастом рассчитывался согласно уравнению аппроксимации: Дх) = 0,049х2 - 0,896 ■ х + 91,38.
Содержание марганца в мышцах у самок севрюги возросло в 6 раз по сравнению с 1980 г. В соответствии с номограммой по расчету аккумуляции выявляется целенаправленное накопление марганца в мышцах с возрастом. Расчет проводился по уравнению аппроксимации: Е(х) = 0,0081 ■ х1’162.
При изучении содержания железа в мышцах выявлена его аккумуляция. Расчет графика изменения накопления Бе в мышцах с возрастом происходил согласно уравнению аппроксимации: ^(х) = 0,447 ■ х1’12.
Было установлено также существенное изменение содержания железа в икре. По сравнению с 1980 гг. его количество увеличилось в 15 раз, что можно спрогнозировать эмпирически рассчитанной номограммой по уравнению аппроксимации: ^(х) = 0,0043х2 - 0,672 ■ х + 84,43.
Известно, что высокие концентрации железа нарушают проницаемость биологических мембран, снижают содержание растворимых протеинов, вызывают угнетение активности ферментов. Его накопление в мышечной и костной тканях приводит также к изменению ферментативной активности, нарушению дыхания, синтеза белка.
По результатам наших исследований наблюдается усиление способности накапливать никель в печени и мышцах в 2 и 12 раз соответственно по сравнению с данными 1980 гг. По совокупности результатов можно предположить, что весьма вероятно наступление токсикоза от никеля с возрастом у популяции севрюги в таких органах и тканях, как в печень и мышцы.
В организме никель взаимодействует с кальцием, магнием, железом и другими металлами. Имеются подтверждения относительно антагонистических взаимосвязей между никелем и медью, которые объясняются не только конкуренцией за общие белковые структурные элементы, но и способностью никеля заменять медьсодержащие компоненты в различных метаболитах клеток.
В результате наших исследований обнаружено практически равноценное уменьшение содержания меди в печени и мышцах.
Зависимость, аналогичная зависимости никеля и меди, наблюдается у кобальта и железа. Кобальт, в пластическом обмене взаимодействуя с железом, проявляет синергический эффект, способствуя включению атома железа в молекулу гемоглобина, усиливая ионизацию и резорбцию железа, ускоряя созревание эритроцитов. Снижение количественного состава кобальта в организме незначительно влияет на изменение железа, вызывая его депонирование и комплексообразование в органах и тканях.
Установлено, что содержание кобальта с возрастом в мышечной ткани повышается. Расчет номограммы производился по следующему уравнению: Г(х) = 2 ■ 10 - 5 ■ х2 - 0,0045 ■ х + 0,4077.
Таким образом, вероятно, что аддитивный эффект, полученный в результате взаимодействия Со и Бе, положительно влияет на микроэлемент-ный баланс этих металлов в организме севрюги.
Выводы
1. Исследуемые органы и ткани севрюги в среднем имеют убывающие ряды накопления:
Жабры: Бе > 2п > Си > РЬ > Мп > N1 > Со > С<1
Почки: 2п > Бе > Си > N1 > Мп > РЬ > Со > С<1
Печень: Бе > 2п > Си > N1 > Мп > РЬ > Со > С<1
Пилорическая железа: Бе > 2п > Си > N1 > Мп > РЬ > Со > С<!
Кишечник: Бе > 2п > Си > Мп > РЬ > N1 > Со >С^
Селезенка: Бе > 2п > Си > N1 > Мп > РЬ > Cd > Со.
Мышцы: Бе > 2п > Си > N1 > Мп > РЬ > Cd > Со.
Гонады: Бе > 2п > Си > Мп > N1 > РЬ > Со > Cd.
У севрюги динамика кумуляции тяжелых металлов определяется различными типами функциональных зависимостей графиков аппроксимации согласно особенностям описывающих их функций:
Самки:
— полиномиальные (в основе нормальное распределение): Бе - жабры, пилорическая железа, кишечник, гонады; Си - жабры, печень, кишечник; 2п - почки, печень, кишечник, мышцы; Мп - печень, кишечник, селезенка; Со - селезенка, мышцы; N1 - печень, селезенка; Cd - почки, пилорическая железа, кишечник, селезенка, мышцы;
— экспоненциальные (в основе асимметричное нелинейное накопление элементов): Бе - печень; Си - почки, селезенка, мышцы; 2п - жабры; Мп - жабры; N1 - мышцы; Cd - жабры;
— степенные (в основе асимметричное нелинейное накопление элементов): Бе - мышцы; Мп - мышцы; Со - кишечник;
— логарифмические (в основе S-образная зависимость): N1 - почки. Самцы:
— полиномиальные: Бе - печень, пилорическая железа, кишечник, гонады; Си - почки, печень, селезенка, мышцы; 2п - почки, кишечник; Мп - жабры, кишечник; Со - кишечник, мышцы; N1 - мышцы; РЬ - жабры, почки, селезенка; Cd - жабры, почки, селезенка;
— степенные: N1 -селезенка;
— логарифмические: Со - почки, селезенка; N1 - печень; Cd - пилорическая железа, мышцы.
Найдены элементы, накопление которых в организме прямо пропорционально зависит от возраста севрюги:
— у самок - Мп и N1 в селезенке;
— у самцов - Мп в селезенке.
При проведении корреляционно-регрессионного анализа матрицы данных обнаружены достоверные величины распределения Бе, 2п, Си, Мп, РЬ, N1, Со, Cd в жабрах, почках, печени, пилорической железе, кишечнике, селезенке, мышцах и гонадах севрюги с возрастом.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Патин С. А. Нефть и экология континентального шелфа. - М.: ВНИРО, 2001. - 247 с.
2. Прайс В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия. - М.: Мира, 1976. - С. 59-76.
3. Воробьев В. И. Роль микроэлементов в жизни водоемов. - М.: Наука, 1982. - 143 с.
Получено 30.10.2006
DINAMICS OF ACCUMULATION OF METALS IN BODIES AND TISSUES OF STURGEON IN THE NORTHERN CASPIAN SEA
V. F. Zaitsev, N. G. Аgababova
As a result of regressive analysis it is shown, that dynamics of accumulation of heavy metals in bodies and tissues of sturgeon in the Northern Caspian Sea is subject to significant fluctuations which can be caused not only with forming factors, but also with many other "minor" factors, total effect of their influence can be rather essential.
