Влияние гамма-излучения и тяжелых металлов на покоящиеся яйца пресноводного рачка Moina macrocopa

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………… 4
1.1. Биотестирование и биоиндикация природных вод и донных отложений
…………………………………………………………………………………………………………………….. 16

1.2.Общие закономерности влияния тяжелых металлов на живые
организмы в воде и донных отложениях……………………………………………………. 22

1.3. Общие закономерности влияния ионизирующего излучения на живые
организмы в воде и донных отложениях……………………………………………………. 27

1.4. Действие токсикантов различной природы на покоящиеся яйца
ракообразных ……………………………………………………………………………………………… 31

Глава 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ……………………………………………………………. 37
2.1 Объект исследования ……………………………………………………………………………. 37

2.2. Условия проведения экспериментов……………………………………………………. 39

2.3. Оценка устойчивости рачков и покоящихся яиц Moina macrocopa к
воздействию тяжелых металлов …………………………………………………………………… 45
2.3.1. Определение полулетальных (за 24 и 48 часов) концентраций
тяжелых металлов для рачков M. macrocopa …………………………………………….. 47

2.3.3. Воздействие водных растворов тяжелых металлов на покоящиеся
яйца M.macrocopa ……………………………………………………………………………………….. 48

2.3.4. Воздействие тяжелых металлов в искусственных донных отложениях
на покоящиеся яйца M. macrocopa……………………………………………………………… 50

2.3.5. Оценка биодоступности тяжелых металлов в искусственных донных
отложениях …………………………………………………………………………………………………. 52

2.6. Гамма-облучение покоящихся яиц M. macrocopa в состоянии глубокой
диапаузы……………………………………………………………………………………………………… 56

2.7. Облучение покоящихся яиц M. macrocopa в период реактивации ……… 59

2.8 Статистическая обработка данных ………………………………………………………. 60
Глава 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ………………………………………………….. 61
3.1. Определение полулетальных концентраций тяжелых металлов для
ювенильных самок M. macrocopa в острых опытах на токсичность…………. 61

3.2. Влияние хронического воздействия тяжелых металлов на параметры
жизненного цикла самок M. macrocopa………………………………………………………. 65

3.3. Влияние нахождения покоящихся яиц M. macrocopa в водных
растворах тяжелых металлов на их способность к реактивации и
параметры жизненного цикла вылупившихся рачков ……………………………… 69

3.4. Влияние длительного контакта покоящихся яиц M. macrocopa с
тяжелыми металлами в искусственных донных отложениях на их
способность к реактивации и параметры жизненного цикла вылупившихся
рачков …………………………………………………………………………………………………………. 73

3.5. Влияние гамма-излучения на рачков Moina macrocopa в период
глубокой диапаузы ……………………………………………………………………………………… 81

3.6. Влияние гамма-излучения на покоящиеся яйца в период реактивации
…………………………………………………………………………………………………………………….. 91

ВЫВОДЫ ……………………………………………………………………………………………………. 95

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………………… 102

В заключении хотелось бы отметить несколько важных моментов. Как
показал обзор литературы, несмотря на большое значение банков покоящихся яиц
зоопланктона для экологии и эволюции природных сообществ, исследования
негативного воздействия загрязненных донных отложений на покоящиеся яйца
достаточно фрагментарны. При этом именно в последнее время стали появляться
работы, посвященные оценке чувствительности покоящихся яиц к различным
токсичным соединениям. Скорее всего этот интерес связан с возросшим
пониманием роли покоящихся стадий для природных сообществ зоопланктона и
динамики экосистем, а также с успехами в палеолимнологических исследованиях.
Однако во многих исследованиях, посвященных влиянию специфического
токсиканта на покоящиеся яйца, отсутствуют количественные оценки в виде доза-
ответ или оценки отложенных реакций организмов на токсикант после реактивации
покоящейся стадии.
Представленная работа закрывает существенный пробел в этой области
исследований. В работе выполнена оценка влияния гамма-излучения и солей
тяжелых металлов на покоящиеся яйца рачков Moina macrocopa. Определены
летальные дозы гамма-облучения для покоящихся яиц рачков. Показаны условия,
при которых происходит гибель покоящихся яиц от солей тяжелых металлов.
Оценены изменения в жизненном цикле рачков, вылупившихся из яиц
подвергшихся воздействию солей тяжелых металлов и гамма-излучения. Впервые
были проведены эксперименты с популяциями рачков, вылупившихся из яиц,
облученных гамма-излучением. Выполнена оценка чувствительности покоящихся
яиц к гамма-излучению на стадии реактивации.
Полученные данные, позволяют предположить, что накопление
техногенных радионуклидов в донных осадках может оказывать существенное
воздействие на водные экосистемы, через негативные отложенные эффекты на
скопления покоящихся яиц (индивидуальный и популяционный отклик
вылупившихся рачков), тогда как действие тяжелых металлов критично для живых
особей и относительно безопасно для покоящихся стадий.
Относительная устойчивость покоящихся яиц к воздействию тяжелых
металлов и гамма-излучения не дает оснований говорить о применении
покоящихся яиц в качестве тест-объекта в биотестировании качества донных
отложений. Однако, можно подумать о разработке методики комплексной
биоиндикации загрязнения системы грунт-вода на основании оценки способности
покоящихся яиц рачков к реактивации после определенного периода покоя.
Устойчивость покоящихся яиц к исследованным загрязнителям еще раз
подчеркивает важность банков покоящихся яиц для природных экосистем. В
случае проведения мероприятий по очистке водных объектов после их загрязнения,
именно устойчивый банк яиц будет способствовать восстановлению экосистемы.
Необходимо отметить, что чувствительность покоящихся яиц к разным
токсикантам существенно различается. Ранее на это в своей работе обратил
внимание Алексеев с соавторами (Akekseev et al., 2010). Сравнивая токсичность
тяжелых металлов, органических веществ и низкомолекулярных соединений,
исследователи предположили, что низкомолекулярные соединения при прочих
равных условиях более токсичны для покоящихся яиц. В нашей работе мы не
тестировали воздействие на покоящиеся яйца органических загрязнителей. В
случае ионизирующей радиации, для которой защитная оболочка покоящегося
яйца не является преградой, воздействие и на яйца, и на активную стадию
животного после реактивации еще более выражено. С учетом данных
представленных в этой работе и литературных данных можно представить
следующую концептуальную диаграмму воздействия различных антропогенных
загрязняющих веществ на покоящиеся яйца (Рисунок 21).
В случае тяжелых металлов и органических загрязнителей чрезвычайно
важно исследовать механизмы, которые отвечают за жизнеспособность
покоящихся яиц при широком диапазоне концентраций различных токсикантов и
различной продолжительности прямого контакта яиц с токсикантами. В будущем
необходимы детальные исследования как самой структуры эфиппиума, так и
особенностей взаимодействия токсикантов с этими защитными структурами.

Рисунок 21. Схематическая диаграмма воздействия различных
антропогенных загрязнителей на покоящиеся яйца ветвистоусых ракообразных.

Дальнейшие исследования в этой области должны оценивать влияние
загрязняющих веществ совместно с другими факторами, встречающимися в
природных условиях. Действие тяжелых металлов и ионизирующего излучения на
покоящиеся яйца может зависеть от таких факторов как недостаток кислорода,
изменение температуры или освещенности, присутствие других токсикантов.
Определенный интерес представляет оценка морфологических изменений рачков,
вылупившихся из облученных яиц и яиц, контактировавших с тяжелыми
металлами. Также важно думать о переносе результатов лабораторных в
природные экосистемы. Индивидуальные и популяционные отклики должны
оцениваться как в лабораторных экспериментах, так и в естественной среде
обитания. Подобные исследования необходимы для оценки влияния загрязнения
донных отложений на банки покоящихся яиц и функционирование водных
экосистем.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1. ПДК – предельно допустимые концентрации
2. ЛК50 – концентрация вещества при которой погибает 50% подопытных
организмов.
3. ЛД50 – в терминологии биотестирования: кратность разведения исследуемой
среды при которой погибает 50% подопытных организмов. В общей
терминологии – доза (радиоактивного излучения) при которой погибает
50% подопытных организмов.
4. PEG – группа планктонной экологии
5. SIL – международное общество лимнологии
6. ПДД – предельно допустимая доза (радиоактивного излучения)
7. ЭК50 – концентрация вещества при котором у опытного организма
наблюдается снижение параметра жизненного цикла в два раза.