Введение к работе
Актуальность исследования Ртуть и ее соединения относятся к числу наиболее опасных для живых организмов токсических веществ [Трахтенберг, Коршун, 1988] В отличие от других тяжелых металлов, ртуть обнаруживается повсеместно, что связано с ее уникальными физико-химическими свойствами (летучестью, длительным пребыванием в атмосфере, образованием ртутьорганических соединений, растворимых в воде и липидах) и возможностью атмосферного переноса и осаждения на значительных расстояниях от источников [Arctic Pollution , 2002] В настоящее время, когда в рамках международного сотрудничества предпринимаются специальные меры по сокращению ее применения, уменьшению выбросов и сбросов, контролю за утечками металла и его соединений, интенсивность ртутного загрязнения окружающей среды по-прежнему велика [Swain et al, 2007]
В отсутствие локальных источников загрязнения ртуть и её соединения поступают в водоемы, главным образом, из атмосферы [Расупа, Расупа, 2002; Грановский и др, 2001], донных отложений и с поверхностным стоком [Watras. et al, 1996, Rudd, 1995] Под воздействием совокупности микробиологических, физических и химических факторов они трансформируются в токсичные метилированные соединения, которые интенсивнее, чем неорганические, аккумулируются гидробионтами и медленнее выводятся из организма, что приводит к более эффективному переносу ртути по водной трофической цепи, по сравнению с прямым поглощением металла животными из воды или донных отложений [Huckabee et al, 1979] Высокие уровни содержания ртути (1 0-3 0 мг/кг сырой массы) в рыбах из слабоминерализованных водоемов и кислых озер, удаленных от ее промышленных источников, отмечены в Скандинавии [Hakanson et al, 1990, Verta et al, 1986], Канаде [McMurty et al., 1989, Wren, MacCnmmon, 1983], США [Greib et al, 1990, Heiskary, Helwig, 1986] и России [Степанова, Комов, 1996, 1997, Haines et al, 1994] Это связано, во-первых, с увеличившимся количеством выбрасываемой в атмосферу ртути по сравнению с доиндустриальным периодом (Johnson et al, 1986, Rada et al, 1989), во-вторых — с интенсификацией процессов образования метилированной формы ртути в слабощелочных и закисленных водах (Wiener et al 1990, Winfrey and Rudd 1990) Наличие локальных источников загрязнения ртутью на площади водосборного бассейна усугубляет ситуацию К сожалению, в России проведено крайне мало исследований по изучению накопления металла в рыбе и экосистемах водоемов в целом, и они касаются, прежде всего, водохранилищ с признаками локального ртутного загрязнения [Ефимова, Рукавишников, 2001, Леонова, 2004, Грошева, 1990, Янин, 1992]
Экспериментальные работы по изучению влияния соединений ртути на гидробионтов проводились, в основном, на рыбах с использованием
неорганических соединений металла в концентрациях, ориентированных на оценку последствий техногенных выбросов [Scheuhammer et al, 2007] Исследований подобного рода на водных беспозвоночных разных уровней организации и трофического статуса мало [Biesinger et al, 1982, Monson В A, Brezonik, 1999], не смотря на то, что они играют существенную роль в аккумуляции металла в водных экосистемах (в том числе поступающего из рыбы, как вторичного источника ртутного загрязнения) и эффективной передаче её по трофической цепи [Сухенко, 1995, Кузубова и др, 2000] Таким образом налицо необходимость специального исследования, восполняющего указанные выше пробелы
Цель и задачи исследования Цель работы - выявить основные закономерности и особенности накопления гидробионтами различных соединений ртути и его биологические последствия в полевых и экспериментальных условиях
При этом решались следующие задачи
оценить уровни накопления ртути рыбами из озер северо-запада Европейской России и выявить основные абиотические и биотические факторы, способствующие интенсивному накоплению этого элемента,
изучить в экспериментах на Ceriodaphma affinis, Chironomus riparius, мальках Rutilus rutilus и Perca fluviatdis закономерности накопления ртутьорганических и неорганических соединений ртути, поступающих в организм животных с пищей или из воды и грунта,
оценить биологические последствия накопления ртути в сублетальных концентрациях для типичного планктонного организма Ceriodaphma affinis в ряду поколений,
выяснить особенности тератогенного действия органических и неорганических соединений ртути на личинок Chironomus riparius,
Научная новизна Впервые оценено содержание и проанализированы закономерности накопления ртути окунем из 64 озер северо-запада Европейской России, расположенных на территории 9 регионов (Архангельская, Владимирская, Вологодская, Костромская, Новгородская, Псковская, Рязанская, Ярославская области и республика Карелия) В экспериментальных исследованиях на гидробионтах разных уровней организации (ракообразные, личинки насекомых, рыбы), занимающих разные жизненные ярусы (ракообразные и рыбы - толщу воды, личинки насекомых -донные отложения) и принадлежащих к низшему (ракообразные и личинки насекомых) и высшему (рыбы) трофическим уровням, установлены основные
закономерности накопления ими различных соединений ртути, содержащихся в сублетальных концентрациях в среде или поступающих с кормом. Выявлены особенности воздействия сублетальных концентраций ртути на животных, в зависимости от пути ее поступления в организм (с кормом или непосредственно из среды) Полученные результаты вносят вклад в развитие теории функционировании водных экосистем в условиях загрязнения тяжелыми металлами.
Практическая значимость Полученные данные могут быть использованы в системе экологического мониторинга водных объектов, для оценки качества вод и рыбной продукции, могут быть включены в учебные курсы по специальностям «Гидробиология», «Водная токсикология», «Санитарная гидробиология»
Основные положения, выносимые на защиту.
- повышенные уровни накопления ртути окунем из водоемов северо-
запада Европейской России, в первую очередь, связаны с низкими
значениями рН воды озер и их географическим положением Опосредованная
связь может иметь место с содержанием Р0бщ. биомассой фитопланктона,
трофическим статусом и составом ихтиофауны озер, поскольку указанные
переменные в свою очередь зависят от значений рН воды,
уровень накопления гидробионтами соединений ртути, содержащихся в окружающей среде или поступающих с пищей, возрастает с увеличением концентрации металла в источнике, а интенсивность процесса (коэффициент накопления Hg) - снижается,
- интенсивность накопления ртути беспозвоночными С affinis и Ch
riparius, характер и степень поражения отдельных функций и структур
зависят от формы соединений ртути и путей ее поступления в организм
животных
Апробация работы и публикации Материалы диссертации были представлены на международных конференциях «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (Петрозаводск, Карелия, 2004), «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (С-Петербург, 2006), 8-ая Междунар. конф «Mercury as a global pollutant» (Madison, USA 2006), всероссийских конференциях «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок, 2002), «Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения» (Оренбург, 2006)
По теме диссертационной работы опубликовано 15 работ
Объем и структура работы Диссертация изложена на 117 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, выводов, списка
литературы, состоящего из 270 источников, в том числе 170 иностранных, содержит 18 рисунков и 14 таблиц
Благодарность. Автор выражает глубокую признательность сотруднику лаборатории морфологии и систематики водных животных ИБВВ РАН Гребенюк ЛП за предоставленные данные по морфометрическим деформациям личинок хирономид и коллегам по работе за научные консультации и помощь в проведении исследований
