Введение к работе
Актуальность темы. Влияние человека на окружающую среду и ее загрязнение ведет к неблагоприятным последствиям, которые выходят за пределы локального воздействия и приобретают глобальный характер. В связи с этим возникает вопрос о способах наблюдения за антропогенными воздействиями и изменениями, которые они вызывают в экосистемах. Одним из методов решения этой проблемы является биомониторинг. Существующие методы требуют наблюдений в течение длительного времени, однако изучение некоторых генетических параметров позволит ускорить анализ и получить данные, отражающие состояние популяции в результате комплексного воздействия среды. В связи с этим, при контроле состояния водных экосистем особое место необходимо отвести хирономидам в частности особенно широко распространенным видам Chironomus plumosus (Linnaeus) и Camptochironomus tentans F. Удобной для исследования особенностью этой группы двукрылых насекомых является наличие в клетках слюнных желез политенных хромосом, хорошо различимых в световой микроскоп (Keyl, 1959; Мотыль, 1983; Кикнадзе, 1991). Также, эти виды имеют голарктическое распространение и заселяют разнообразные водоёмы, что позволяет повсеместно использовать их в качестве видов-индикаторов (Кикнадзе и др., 1993; Айманова и др., 2000; Полуконова и др., 2006; Зинченко, 2006; Петрова и др., 2000; D. Williams et al, 2001; Michailova, 2000, 2001).
Цели и задачи. Цель данной работы – изучение кариотипов хирономид (C. plumosus и C. tentans) для оценки состояния водной среды.
Исходя из этого, нами были поставлены следующие задачи:
Определение уровня хромосомного полиморфизма C. plumosus из водоёмов города Калининграда и сопоставление его с уровнем полиморфизма для палеарктических популяций.
Выявление особенностей цитогенетического состава популяций хирономид в зависимости от содержания в окружающей среде тяжелых металлов.
Проведение сезонного мониторинга хромосомного полиморфизма популяции C. plumosus из водоёма, загрязненного тяжелыми металлами (Pb, Fe, Zn, Cu, Mn, Ni).
Определение уровня хромосомного полиморфизма C. tentans из водоёмов города Калининграда и сопоставление его с уровнем полиморфизма для европейских популяций.
Научная новизна.
Данная работа является первым планомерным семилетним исследованием популяций C. plumosus и C. tentans в водоемах города Калининграда. Получены дополнительные данные инверсионного полиморфизма популяций C. plumosus и C. tentans из северо-западного региона Палеарктики.
Впервые получены данные по многолетней динамике хромосомного полиморфизма C. plumosus, с учетом воздействия ионов тяжелых металлов (Pb, Cd, Fe, Zn, Cu, Mn, Ni, Cr, Co, Al), находящихся в водной и осадочной средах.
Показано, что уровень инверсионного полиморфизма C. plumosus повышен во всех исследуемых водоёмах с увеличенными концентрациями свинца, железа, цинка, меди, марганца и никеля в окружающей среде.
Проведен сезонный мониторинг генетической структуры популяции C. plumosus из загрязненного тяжелыми металлами (Pb, Fe, Zn, Cu, Mn, Ni) водоёма.
Разработан новый критерий оценки благополучия жизни популяции хирономид в природных водоёмах.
Впервые описывается последовательность дисков pluD18.
Основные положения, выносимые на защиту:
Изученные популяции C. plumosus и C. tentans по цитогенетическим критериям характеризуются как палеарктические.
В популяции хирономид под воздействием ионов тяжелых металлов (Pb, Fe, Zn, Cu, Mn, Ni) увеличивается генетическое разнообразие.
Практическое и теоретическое значение работы
Данные хромосомного полиморфизма популяций хирономид города Калининграда легли в основу базы данных «Инверсионного хромосомного полиморфизма личинок хирономид» и компьютерной программы «Биомониторинг окружающей среды».
Полученные результаты позволят разработать новую тест-систему экологического состояния водоёмов, основанную на изменении генетического состава популяций хирономид.
Изучение хромосомного полиморфизма популяций из ранее неисследованного региона России позволит дать более полную картину хромосомного полиморфизма C. plumosus и C. tentans на территории Палеарктики.
Проведенный сезонный мониторинговый сбор из сильно загрязненного водоема позволил изменить представление о характере сезонного хромосомного полиморфизма C.plumosus, при котором уровень полиморфизма выше в зимний период, а не в летний (Ильинская и др., 1999).
Материалы работы используются в лекционных курсах и при проведении практических занятий.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на следующих 11 конференциях: «Новые данные по хирономидологии» (Борок, 2003), на IV международной конференции по кариосистематике беспозвоночных животных (С.-Петербург, 2006), на IX и Х съездах гидробиологического общества РАН, (Тольятти, 2006; Владивосток 2009), на V Международной конференции молодых ученых «Pontus Euxinus – 2007» (Севастополь, 2007), на международной научно-технической конференции «Наука и образование» (2006), на международной научной конференции «Актуальные проблемы экологической физиологии, биохимии и генетики животных» (Саранск, 2005), на международной конференции «Комплексное управление, пространственное планирование и мониторинг прибрежных регионов Юго-Восточной Балтики» (Калининград, 2008), на международной конференции «Регионы в условиях неустойчивого развития» (Шарья, 2009), на всероссийской конференции с международным участием «Экология, эволюция и систематика животных» (Рязань, 2009), конференция научно-исследовательских работ студентов и аспирантов УМНИК (Калининград, 2009).
Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 26 работ, из них 5 в реферируемых журналах.
Личное участие автора. Диссертанту принадлежит разработка теоретических и методических положений решения задач исследований, сбор и анализ материала, обработка и обобщение результатов исследований, формулировка выводов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка цитируемой литературы, который включает 152 источника и приложений. Работа проиллюстрирована 23 таблицами и 13 рисунками.
Благодарности. Автор благодарен и глубоко признателен своему научному руководителю к.б.н. Винокуровой Н.В.. Неоценима поддержка д.б.н. профессора Чупахиной Г.Н.. Выражаю благодарность за ценные научные консультации д.б. н. Петровой Н. А. ставшей для меня настоящим учителем. Особо следует отметить Золотову С.М. за выполненные химические анализы.
Также хочется поблагодарить студентов и аспирантов БФУ им. И. Канта - Савченко А., и Володину Л., Шартон А.- за неоценимую помощь в сборе и обработке материала.
