Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ГИРУДОФАУНЫ СРЕДНЕГО УРАЛА

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ГИРУДОФАУНЫ СРЕДНЕГО УРАЛА"

На правах рукописи

УДК 574+595,143(470.51/.54)'

Черная Людмила Владимировна

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ ГИРУДОФАУНЫ СРЕДНЕГО

УРАЛА

03. 00. 16. - экология

с/ ^ -

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Екатеринбург - 2003

Работа выполнена в лаборатории экологических основ изменчивости организмов и биораэнообразия Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН

Научный руководитель: доктор биологических наук

Ковапьчук Людмила Ахметовна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Бароненко Валентна Александровна

кандидат биологических наук Ярушина Маргарита Ивановна

Ведущая организация

Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН

Защита диссертации состоится« » 2003 г

в/У часов на заседании диссертационного совета Д 004:005.01. при Институте экологии растений и животных УрО РАН по адресу: 620144 г. Екатеринбург, ул. 8 Марта, 202.

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке Института экологии растений и животных УрО РАН

Автореферат разослан Сс/с/и\ ^-Ь-^ооз г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук ///

/

Нифонтова М.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для территории России, характеризующейся исключительным разнообразие« геохимической ситуации и неравномерным распределением антропогенной нагрузки, важное практическое значение имеют исследования регионов с экстремальными условиями обитания, определяющимися как природными, так и антропогенными факторами. Циркуляция в абиотических и биотических средах чужеродных живым организмам соединений, возросла до уровня, угрожающего как нарушению внутри- и межвидовых взаимодействий водных организмов, так и их нормальному развитию и обеднению видового разнообразия (Одум,1979, Авцын и др., 1965, Агаджанян и др.,1996). Средний Урал, в силу своих географических особенностей относится к регионам с низким уровнем обеспеченности водными ресурсами. В то же время, в этом районе исторически шло развитие промышленности, а частности черной и цветной металлургии, химии и т. д., для которых характерно масштабное и интенсивное воздействие на водный бассейн. Максимальному воздействию подвергаются гидробионты, обитающие в придонных слоях веды и в донных отложениях. В силу этих причин проблемы, связанные с водной средой и гидробионтами, имеют для этого региона приоритетное значение. Типичные представители бентосных организмов: пиявки, активно участвуя в экологических процессах среды обитания, составляют существенный компонент биологического разнообразия и являются своеобразными индикаторами биогеохимической ситуации экосистемы.

Анализ научных публикаций показывает, что в последние десятилетия комплексные эколого-фаунистичесхие исследования представителей класса Шгибтвв, обитающих в водоемах Среднего Урала практически не проводились.

м водных биоценозов и

В отдельных работах зоологов ча^рЕуЯХВ&А? функции

фоад^ау^ойлутооат^ры

гидробиологическим характеристикам водоемов Урала отмечается сравнительно низкая (по отношению к другим классам) численность пиявок, достаточно редкая встречаемость (Дексбах и др.. 1958; Степанова, 1979; Загузова, 1989; Степанов, 2001). В представленных работах авторы не рассматривают механизмы, обеспечивающие устойчивость популяций представителей фауны донных беспозвоночных класса Н<пкИпеа, обитающих в водоемах Уральского региона. Закономерности распространения пиявок по водоемам различных типов, несмотря на большое практическое значение их в природе остается совершенно уздф^вдчюА проблемой. Актуальность и состояние вопроса об экологии, физиологии и адаптивных возможностях представителей гнрудофзуны в естественной среде обитания и при антропогенных воздействиях, предопределило цели и задачи нашего исследования.

Цепь работы: Провести комплексные эколого-фаунистические исследования представителей фауны донных беспозвоночных класса ШпхНпва а водоемах Среднего Урала. Изучить эколого-физиологические особенности основных видов лиявох, обитающих в водоемах различного типа при действии естественных и антропогенных факторов среды.

Задачи исследования: 1. Определить видовой состав и выявить наиболее устойчивые формы пиявок в различных водоемах Свердловской области. 2. Исследовать фоновые уровни накопления токсических элементов в тканях различных видов пиявок, обитающих в водоемах Среднего Урала. 3. Экспериментально, в контролируемых условиях, определить токсикологическую значимость тест-реакции (смена статичного состояния пиявок на динамичное) на присутствие ионов тяжелых металлов в водной среде. 4. Провести сравнительный анализ качественного и количественного состава аминокислотного фонда тканей пиявок. 5. Разработать рекомендации в оценке экологического состояния

водоемов по количественному и качественному составу представителей класса Hirudinee.

Научная новизна работы. В результате комплексных эколого-фаунистических обследований водоемов Свердловской области показано, что фауна пиявок включает восемь видов, принадлежащих к четырем семействам: Glossiphonia соmplanata L„ G.concolor Apathy, Holcbdeila siagnalis L., Hemidopsis margínala Mull (сем. Glosstphonitdae); Piscícola geómetra L (сем. Ichtíiyobdelh'dae); Erpobdella octoculaía L.. E,n¡grico!!is Brand (сем. Erpcbdelhdae)\ Hasmopis sanguisuga L. (сем. Hirudtnea).

Получены новые данные no биологии, экологии основных видов гирудофауны Среднего Урала. Впервые показана межпопуляционная > изменчивость средней массы тела пиявок из разного типа водоемов.

Изучение фауны пиявок показало значительное обеднение видового

разнообразия в водоемах Свердловской области, подверженных персисгентному

• ч"

загрязнению поллютантами. 8 зонах высокого токсического загрязнения

"t-

водоемов отмечена резистентность к химическим агентам у хищной челюстной пиявки Haemopis sanguisuga и глоточной пиявки Erpobdella octoculata.

Впервые показаны полуляционные различия по уровню накопления тяжелых металлов тканями пиявок из природных популяций Среднего Урала. Биоаккумуляция химических элементов тканями пиявок видоспецифична, имеет направленный хзрзхтер и зависит от фактора и продолжительности воздействия. Установлена прямая корреляционная зависимость аккумуляции тяжелых цветных металлов (ТМ) тканями пиявок от содержания экстокси кантов в водной среде.

Впервые экспериментально показана высокая резистентность пиявок уральских популяций к значительным концентрациям ТМ в водной среде, в отличие от особей из водоемов Тамбовской области.

Впервые с помощью современного метода ионообменной хроматографии дана количественная и качественная оценка состояния аминокислотного фонда тканей исследованных видов пиявок. Отмечен повышенный исходный уровень азотистого обмена у большой {Haemopis sanguisuga) и малой {Erpobdella ocfocu/afa) ложноконских пиявок, коррелирующий с их высокой резистентностью к действию токсикантов в водной среде.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные экспериментальные результаты, дополняя данные других исследователей, позволяют расширить современные представления теории адаптации и механизмов аварийного регулирования в организме при сочегтанном воздействии экстремальных природных и антропогенных факторов среды обитания.

Материалы диссертации могут быть использованы для решения вопросов прикладной зоологии и экологии, связанных с прогнозированием численности и управлением популяционной динамикой представителей фауны донных беспозвоночных класса HitudinBa в водоемах Среднего Урала.

Показана принципиальная возможность использования пиявок Haemopis sanguisuga, Erpobdeiia octocufata и Gíossiphonia complánala из природных популяций как объектов биоиндикации качества водных систем Уральского региона при экологическом мониторинге окружающей среды.

Результаты научных исследований и теоретических выводов используются при подготовке курсовых и дипломных работ, специализирующихся при кафедрах «зоологии» и «физиологии человека и животных» биологического факультета Уральского государственного университета им. А, М, Горького.

Основные результаты исследований могут быть использованы а курсах лекций по зоологии, гидробиологии, экологии, сравнительной физиологии животных.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Фауна пиявок водоемов Среднего Урала представлена восемью видами, принадлежащими к четырем семействам: Glossiphonia comptanata, G.concolcr, Helobdella stegnalis, Hemiclepsis marginata (семейство Glossiphoniidae). Piscícola geómetra (семейство IchthyobdelOdae), Erpobdeíla octoculata; E.nigricoHis (семейство Erpobdetlidae) и Haemopis sanguisuga (семейство Hinidinidaé).

2. Биоаккумуляция тяжелых металлов (Zn, Cu, Cd, Pb) тканями пиявок из природных популяций Среднего Урала видоспецифична, имеет направленный характер и зависит от фактора и продолжительности воздействия. Аккумуляция тяжелых металлов (ТМ) тканями пиявок напрямую зависит от концентрации зксгтоксикантов в водкой среде. Специфическая- способность пиявок аккумулировать ТМ позволяет использовать их как прямой показатель, указывающий на антропогенное воздействие на ранних его стадиях, когда еще не выражены м орфо-физиологические изменения организма и последующие за ними функциональные и структурные перестройки водной экосистемы (биомасса, видовое разнообразие, продуктивность и т.д.).

3. Исходный уровень азотистого метаболизма пиявок Среднего Урала обусловлен как видовой спецификой питания, так и воздействием постоянных факторов среды обитания. Приспособление пиявок к повышенному фону тяжелых металлов в водной среде идет по пути увеличения общего содержания свободных аминокислот.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях молодых ученых Институте экологии растений и животных РАН (г. Екатеринбург, 2000, 2001, 2002, 2003); на VII И VIII молодежных научных конференциях Института биологии Коми НЦ УрО РАН «Актуальные проблемы биологии» (г. Сыктывкар, 2000, 2001); на первой молодежной школе и

конференции МГУ (Москва, 2000); на 6-й. Пущи некой школе - конференции молодых ученых «Биология - наука 21 века» (г. Пущино, 2002); на международной конференции «Экологические проблемы горных территорий» (г. Екатеринбург, 2002); на XII конференции молодых ученых «Биология внутренних вод: проблемы экологии и биоразнообразия» (г, Борок, 2002); на международной конференции «Разнообразие беспозвоночных животных на Севере» (Сыктывкар, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ. ,. Структура и объем работы. Общий объем диссертации составляет 194 страницы и содержит введение, 5 глав, заключение, выводы, список используемой литературы, включающий 153 работы отечественных и 94 работы иностранных авторов, 11 таблиц и 24 рисунка.

Глава 1. Экологические и физиологические особенности пиявок

(литературный обзор), Анализируются литературные данные об отношении пиявок к абиотичесхим и биотическим факторам среды, практическое значение представителей класса Hitvdinea.

Глава 2. Объекты и методы исследований Объектами наших исследований стали взрослые особи 8 видов пиявок, принадлежащих к 4 семействам, обитающие в водоемах Свердловской области и г. Екатеринбурга: Glossiphonia complánate L„ G. concotor Apathy, Helobdella stegnalis L. Hemictepsis msrgineta Mtill (сем. Glossiphonhdae), Piscícola geómetra L. (сем, Ichthyobdethdaa), Eipobdetla octoculata L, E.nigrico!hs Brand (сем. Erpobdeffldae)t Haemopls sanguisuga L. (сем. Hitudinaa). В экспериментах также были использованы половозрелые пиявки 6 видов, принадлежащих к 3 семействам, отловленные в водоемах Тамбовской области (фоновая зона): Glossiphonia

complanata L., G.ooncolor Apathy (сем. Glossiphoniidae), Erpobdella octoculata L, E.ntgricoUts Brand (сем. EipobdeBidaa), Haemopis sanguisuga L и Hinido ; medicinatis L (сем. Hinttíinea). Сбор материала проводился в период полевых < сезонов 1999-2002 гг. Выла обследована литоральная часть 22 водоемов Свердловской области и г. Екатеринбурга. Количественный учет массовых видов пиявок в сходных биотопах различных водоемов проводили, согласно общепринятым методикам (Мзпп, 1955а; Лукин, 1976). Проведено 190 сборов и отловлено 7954 взрослых особей пиявок 8 видов. Из двух водоемов Тамбовской области были доставлены в июне 2001 и в августе 2002 гг. 659 половозрелых пиявок 6 видов. Всего в экспериментах использовано 1405 экземпляров пиявок.

Уровень накопления, меди, цинка, кадмия, и свинца в тканях пиявок-исследовали методом агтомно-абсорбционной спектрометрии - на спектрофотометре AAS-3 в пламени пропан-бутан (Хавезов и др., 1883) после обработки проб методом «мокрого» о золения (Ниханоров и др., 1985). Рассчитывали коэффициент накопления (Кн) Си и Zn (Ки=Кпс / Ке, где Ктк -концентрация металла в биопробе, Ке - концентрация этого токсиканта в водной среде) у пиявок из Белоярского, Верхне-Татльского водохранилищ и реки И сеть (г. Екатеринбург), где среднегодовые концентрации меди составили 0.015 мг/л. 0.028 мг/л, 0.019 мг/л, а цинка - 0.024 мг/л, 0.034 мг/л и 0.027 мг/л соответственно (Государственный доклад.,., 2001). Для исследования содержания тяжелых металлов (Cu, Zn. Pb, Cd) было подготовлено и проанализировано 95 биопроб из 725 особей 5 видов пиявок (iHaemopis sanguisuga, Erpobdella octoculata, E.nígricoitis, Glossiphonia complanata, Hirudo medicinatis).

В лабораторном эксперименте на тест-реакцию присутствия ионов тяжелых металлов в растворе использовали 420 пиявок 5 видов (Haemopis sanguisuga, Erpobdella octoculata, E.nigricoWs, Glossiphonia complanata, G. concolor)

из импа>стой {Свердловская область) • и фоновой (Тамбовская область) территорий.- В чистую отстовнную воду, где пиявки, рассаженные по 5 особей каждого с идо, находились о спокойном состоянии продолжительное время (30 суток) добавляли растворы ТМ. Конечные концентрации водной среды пиявок составили: Си и Cd- 1 мг/л, 0.1 мг/л, 0.01 мг/л; Zn —3 мг/л, 0.3 мг/л, 0.03 мг/л. В опыте регистрировали количество особей (%), сменивших статичное состояние на динамичное (ССОД), симптомы отравления и время гибели пиявок.

Пул свободных аминокислот (АК) в тканях пиявок определяли методом ионообменной - хроматографии (Каззрснко, 1975) с помощью автоматического анализатора аминокислот ААА-339 (Микротехна, Прага). Подготовку образцов к исследованию проводили по стандартной методике, включающей добавление к исследуемой ткани фосфатного буфера, 30% супьфз салициловой кислоты и норлейцина. Концентрацию свободных АК о тканях пиявок выражали в мкмоль/л. При анализе аминокислотного состава тканей было обработано 24 пробы из 260 пиявок 5 видов (Haemopis sanguisuga, ЕфоЬбвПа octocuíata, Glossiphonia complánala из Верхне-Татильского водохранилища, E.nigncolUs из озера Шарташ, Hirudo mediclnaKs из Тамбовской области).

Математическая обработка полученных результатов проведена с использованием прикладных программ STATISTIKA на компьютере типа IBM. При обработке результатов исследования применялись одномерные и многомерные методы статистического анализа. Различия между сравниваемыми выборками считали статистически достоверными при р<0.05.

Глава 3. Видовой состзв фауны пиявок Свердловской области Комплексные эколого-фаунистическиа полевые исследования, проведенные в 1990-2002 годах показали, что гирудофауна Свердловской области представлена восемью видами пиявок, принадлежащих к четырем сомействам:

Семейство GtossiphonOdae: Glossíphonla complánete L. (улитковая пиявка, клепсина, глоссифонеда) -

обычный, повсеместно встречающийся, многочисленный вид. Обнаружена в 18

* ¿ » • 4

водоемах Кровосос;

G.concolor Apathy - редкий, немногочисленный вид. Найдена в S водоемах. Достигает своего массового развития в Двуроченсксм водохранилище, где преобладает в количественном отношении над основными видами. Кровосос;

Hetobdella slagnalis L (двуглазая клепсина) - немногочисленный, довольно обычный вид. Встречена в 17 водоемах. Хищник;

Hemiclepsis margínate Mull - обнаружена в одном сборе, в Белоярском водохранилище. Кровосос.

Семейство IchtyobdetlkJae:. ■ Piscícola geómetra L. (обыкновенная рыбья пиявка) — редкий малочисленный вид. Обнаружена в S сборах из двух водоемов: Белоярского водохранилища и р. И сеть (п. Палкино). Типичный оксифил. Паразитирует на рыбах;

Семейство Erpobdeliidae: Erpobdetla octoculata (малая ложноконская пиявка, нефелида) — обычный, наиболее массовый вид. Обитает в 21 водоеме, доминирует - в 17 водоемах. Хищник;

E.nigncolHs Brand. - довольно обычный, немногочисленный вед. Отмечена в 10 водоемах. В озерах Баптым, Шарташ и Таватуй является самым массовым ведом. Хищник;

Семейство Hirudinidae: Haemopis sanguisuga (большая ложноконская пиявка) — достаточно редкий, малочисленный вед. Обнаружена в 8 водоемах. Хищник.

Наиболее массовым скоплением основных видов пиявок отличаются Дауреченское (134 экз/кв.м) и Белоярское (119 экэ./кв.м) водохранилища. Белоярское водохранилище отличается также наибольшим видовым разнообразием: (все 8 видов пиявок). Изучение фауны пиявок показало значительное обеднение видового разнообразия в водоемах всех типов, особенно в местах, подверженных персисгентному техногенному загрязнению. В

большинстве исследованных водоемах (в 15 из 22) встречаются 2-4 вида пиявок

о- г

с довольно низхой численностью, Крайне бедна, и количественно, и качественно, „фауна пиявок Арамильсхого городского пруда (2 вида: Erpobdelle odoculata и? Hetobdetia stagnalis), а также реки Пышма (п. Садовый) (2 вида: Erpobdella octocutata и Hoomopis sanguisuga). Данные, водоемы хронически загрязнены соединениями азота, органическими веществами, нефтепродуктами, тяжелыми металлами. Так, среднегодовые концентрации меди превышают предельно допустимые концентрации (ГЩК) в Арамильском пруду в 48.3 раз, в реке Пышма -a 56.6 раз. Содержание цинка в денных водоемах составляют 8.2 ПДК и 9.9 ПДК соответственно (Государственный доклад..., 2001). В городском пруду г. Ревда из исследуемой группы гндробионгов обнаружены единичные особи Erpobdella odoculata, что проявляется при высоком уровне техногенной нагрузки на реку Чусовая (и ее притока реку Ревда), в которой среднегодовые концентрации меди и цинка составляют 97.2 ПДК и 6.6 ПДК соответственно (Государственный доклад..., 2001).

Результаты морфометрических исследований у 5 видов пиявок, отловленных в водоемах Свердловской области, показали, что величина особей отдельных видов варьирует в зависимости от места обитания. Обнаружены лопуляционные различия средней массы тела взрослых особей пиявок Erpobdella octoculafa, Haamopis sanguisuga, Glossiphonla complánete. G, concolor. Отмечено,

что средняя масса тепа особей изученных видов пиявок из стоячих водоемов различного типа (Бепоярское, Двуреченское, Верхне-Топшьское водохранилища, пруд Калиновсхий, озера Шарташ и Баптым) достоверно больше средней массы тела особей « речных • форм (рек Исетъ и Сысерть). В то же время величина глоточных лияаох Erpobdella nigricollis, по нашим данным, не подвержена ■ популяционным изменениям.

Глава 4. Особенности аккумуляции эссенциальных и токсичных микроэлементов тканями пиявок. Значение микроэлементов в

физиологических функциях организма Максимальные концентрации меди обнаружены в тканях большой ложнохонской пиявки Haemopis sanguisuga (17.51+0.529 мкг/г сырой массы).из Верхне-Тагильского водохранилища (рис.1). Минимальные количества этого микроэлемента аккумулируют ткани Erpobdella octocutota в роке Сысерть и EMigricotlis в озере Шарташ (0.94+0,060 мкг/г и 1.26+0.147 мкг/г соответственно), а также ткани пиявок из фоновой зоны (1.19+0.013 мкг/г большой ложноконской и 0.16+0.017 мкг/г медицинской пиявок). Установлена высокая степень пространственной корреляционной зависимости между накоплением меди тканями пиявок H.sangulsugа и концентрацией этого металла в водной среде (г=0.89 при р<0.05 соответственно); у Erpobdella octoculato связь между этими показателями оказалась средней (г=о,е при р<0.05). Кроме того, обнаружено, что с увеличением размеров тела особей G.complenata и Eoctocutata растет величина коэффициента накопления. Максимальные концентрации цинка в озере Шарташ аккумулирует Erpobdella nlgricollis (62.18+0.35 мкг/г), а в остальных исследованных нами водоемах, как и в случае с медью, лидирует по этому показателю Haemopis sanguisuga (рис.2). Самые высокие уровни содержания этого эндогенного металла отмечены в тканях большой ложноконской пиявки из Верхне-Тагильского

водохранилища (269.37+0.918 мкг/г), а наиболее низкие - в тканях ЕосЮсиШа из

реки Исеть (34.84+1.064 мкг/г) и Н/ак/о тейиотаЯа (28,34+0.642 мкг/г) из

Тамбовской области (фоновая зона). Корреляционный анализ показал среднюю

плотность связи между содержанием* цинка в тканях Н.$апдш$ида и

концентрацией этого токсиканта в воде' (г=0.6 при р<0.05) и средней массой тела

пиявок (г=0.5 при р<0.05). Очень высокий корреляционный коэффициент «масса

тела / цинк в тканях» (г=1.0 при р<0.05) отмечен у йеотр!апа1а. У пиявки

Е.о&оси1а1а обнаружены очень слабая корреляционная - связь тканевых

концентраций цинка с содержанием его в воде (г=0.2 при р<0.05) и довольно

высокий корреляционный коэффициент «масса тала / цинк в тханях» (г=0.7 при

р<0.05). Самые высокие концентрации. свинца обнаружены' в тханях пиявок из

водоемов г. Екатеринбурга: 3.26+0.03-мкг/г у б.сотр&лаГа из озера Шарташ и

2.63+0.026 мкг/г у Н. $апди!зидз' из реки Исеть. Минимальные же концентрации

этого экзогенного металла обнаружены 8 тканях Ем/дпсЫВя из озера Шарташ

(0.26+0.011 мкг/г) и Штс1о тедкяпаНз из Тамбовской области {0.13+0.012 мкг/г).

Определение кадмия в тканях пиявок-показало,"что наибольшие концентрации 1 * . » • . . •» . этого токсиканта содержат ткани большой ложноконской пиявки из Белоярского и

Верхие-Татльского водохранилищ и реки Исеть (0.8+0.14 мкг/г, 0.9+0.07 мкг/г и

0.8+0.017 мкг/г соответственно). Глоточная пиявка Е.о&осиЫа аккумулирует

кадмий в Верхне-Тагильском водохранилище (0.7+0.017 мкг/г) в количестве,

достоверно большем, чем О.сотр1апа1а (0.29+0.026 мкг/г) из этого же водоема (Ту

га13.2>Т®1=2.31 при р<0.05). В то же время C.complanata накапливает кадмий и в

тех водоемах, в которых Е.о&осиШа его не аккумулирует в Белоярском

водохранилище и озере Шарташ. "Данный токсикант не обнаружен в тханях

ЕгроМвИа п'<дпсо1Н$ из оз. Шарташ, а такжв у «тамбовских» пиявок.

»»пкфвее иШкиа р.Мс»гъ . тем- р.Сыс«и* . 1ш(«имсм.

дар. пгшмим 1шинй -

1ДФ

Рис.1. Содержание меди (мкгУг) в тканях лиявок из различных водоемов.

300-,

250-

200

150- • а

100- Э

□ Н.**пвиИио*

ПС.сотр!»!!«» Я Е.о«0<и1«а

□ Е.ПДОС01!!*

□ Кт«С1еЬц]1»

Рис. 2. Содержание цинка (мкг/г| о тканях пиявок ю различных водоемов,

Лабораторный эксперимент; проведенный^ на . пиявках из природных популяций импактных и фоновых территорий, показал высокую резистентность уральских особей к значительным концентрациям ТМ в воде по сравнению с пиявками из Тамбовской области. Наиболее показательным оказался опыт с наименьшими концентрациями металлов. В опыта при концентрациях Си, Сс1 — 0.01 мг/л и 7л — О.ОЗмг/л уральские пиявки оставались жизнеспособными, в то время как отмечалась, гибель тамбовских особей и у всех их видов отмечалась смена ССД (табл.1).

, Таблица 1

Токсикологическая значимость тест-реакции СССД у пиявок из природных популяций импактной (Свердловская обл.) и фоновой (Тамбовская обл.)

территорий:

вид ТЫ Конц-ияТМ {мг/л) СССД к {Свердлов схаяобл.) СССД % (Таибовск аяобл) Время пЙагм (сутки) (Сеердловаая обл.) Время гибели (сутки) (Тамбовская обл.)

£.осйоссхГа& Си 0.01 0 60 - 9

2п 0.03 20 40 . *

са 0.01 40 60 • 6

Е.п1дпсоШ$ Си 0.01 20 40 - 9

2л 0.03 0 20 * -

СО 0.01 40 60 - - 16

С.сотр1впа(а Си 0.01 0 20 - 10

2п 0.03 0 40 • 13

Сб 0.01 0 40 - 8

й.сопсокзг Си 0.01 0 , 20 • 12

гп 0.03 < 20- • 60. ■ - 16

са 0.01 ■. . 20: 40 - 9

При действии металлов больших концентраций гибель пиявок наблюдалось в обеих группах, но всегда раньше у пиявок тамбовских популяций при высоком

проценте особей сменивших ССД. Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что использование тест-реакции имеет смысл при высоких уровнях загрязнения воды ТМ.

Глава 5, Исследование состояния аминокислотного обмена в тканях пиявок

Анализ аминокислотного состава тканей пиявок показал, что аминокислотный пул всех исследованных пиявок, независимо от их-видов включает 22 аминокислоты (табл. 2). Суммарная концентрация свободных аминокислот возрастает у ложно конских пиявок, обитающих в загрязненных водах Верхке-Тагильского водохранилища. Общий фонд аминокислот у ложноконских пиявок увеличивается за счет ала ни на, глицина, глутаминовой и асларагиновой кислот. Высокий пул глутаминовой и асларагиновой кислот у всех видов пиявок связан, по-видимому, с участием в процессах детоксикации - ионов - ТМ в. организме, в связывании токсических продуктов межуточного обмена. У большой и малой ложноконских пиявок и глоссифониды, отмечены достаточно высоте концентрации цисгеина и цистеиновой кислоты, являющихся предшественниками всех серусодержащих соединений в организме, которые участвуют е процессах детоксихации тяжелых металлов. Высокие концентрации пчстидина образуют цинк - гмстодиновый и медь - гистидиновый комплексы, обеспечивающие поступление меди и цинка внутрь клеток в нетоксичной форме. Свинец вступает в реакцию не только с ЗН-грулпами белка, но способен к образованию менее стабильных комплексов и с другими боковыми группами аминокислот. Это карбоксильные группы глутаминовой кислоты, лизина, гистидина, повышенный синтез которых мы наблюдаем у ложноконских пиявок. Приспособление пиявок к повышенному фону ТМ в водной среде идет по пути увеличения общего содержания свободных АК.

. ; • - Таблица 2

Аминокислотный состав тканей пиявок из природных популяций

Аминокислоты мкмоль/л Виды пиявок ■

Н.$апдт5ида п = 5 Е.Шаси1а1а п =57 Е-ЛгдлсоЯй п = 162 О.сотр1апш п = 26 Н./пвйсшаи ПаЮ

Цистеиновая к-та ' 31.4+ЗЛ.., 73.2+12.0 4Т .0+4.1 • 41.5+0.6 15.5+1.4

Тэурик * ■ * 5.8^0,9 .следы: 2.2+0.4 . следы 0.9£0.01

Асларагиновая к-тэ 58.6+11.0 77.3+3.1 : . 49.5+2.1 62.0+8.1 68.1+го

Треонин 55.1±з.е 17.9+3.0 7.5+0.0 7.6+1.0 8.2+0.5

Серии 78.5+13.0 37.5+6.2 10.4+0.4 6.9+0.9 11.5+1.1

Асларагин 34,6+8,1 следы следы следы 14,8+0,3

Глутаыиновая к-та 233.7+25.0 604^2+41.0 176.4+6.3 197.2+6.8 127-2+11-2

Глутамин 133.6+7.2 90.0+4.4 50^5.5 60.4+3.5 38.0+2.1

Пролин 314.6+18.0 106.5+18.0 20.8+09 следы 40.3+4.2

Глицин 99.9+12.1 186.1+22.0' 75.1+г4 41.2+2.5 17.3+4.2

Алании ' 170.7+10.0 131.1+8.0 12.2+3.0 28.0±4.2 25,0+8.1

Вапик> ■ ■ еа.г+6,2 29.9+4.6 60.3+4 Л. 19.6+2.2 30.4+е.г

Цистеинл 10.0+0.9 16Л+0Л • следы 12.0+0 Л следы

Метионин- 5.0+1,0 ■ 4.4+0.8" ■ 18.8+0.1 1.4+0.0 24.0+3.5

Изолейцин . 9.2+1.1 50.2+6.8 • 5.2+0.0 7.8+3.2 8.0+0.0

Лейцин 9.5+3.1 14.1+1,1 .7.5+2.0 следы 16.8+2.6

Тирозин 14.2+0.8 35.0+12.0 13.5+1.1 4.9+0.6 8.0+2.2

Феиилаланин 2.9+1.5 66.9+18.0 4.1+0.2 2.8+0.4 5,4+2.1

Орнитин 17.5+2.0 43.5+5.3 9.9+0.3 4.8+0.2 следы

Лизин 69.0+4.0 82.3+18.0. 10.0+0.3 . 12.2+1.2 4.0+0.9

Гистидин 29.3+1 £ 7.2+1.0 » * 6.0+0,0 12.2±1.3 4.8+0.7

Аргинин 30.6+1,8 20.1+1 Л следы следы следы

Общее к-во св. АК 1501.9+141.1 1603.6+192.Э 586.6+33.3 522.3+37.3 468.2+55.9

Общий фонд аминокислот у исследованных двух видов хищных ложнсжонсхих пиявок выше в 2.5-3.5 раза, чем у E.nigricolhs из оз. Шарташ и кровососов -медицинских пиявок и глоссифониды 6,8> Tet =2.06-2.16, при р<0.05).

Избирательность условий жизни и кормовой базы медицинской пиявки, Gfossiphonia complanata и Е nigricotlis, вероятнее всего определяют пониженный уровень азотистого метаболизма. Анализ данных показал, что исходный уровень азотистого метаболизма пиявок, обитателей водоемов Свердловской области обусловлен как видовой спецификой питания, так и воздействием постоянных факторов среды обитания.

Заключение

Комплексные эколого-фаунисгические исследования 22 водоемов Свердловской области показали, что фауна пиявок Среднего Урала насчитывает 8 видов, принадлежащих к 4 семействам: Gtossiphonia complánate, G. concolor, Hebbdella stagnalis, Hemidepsis margínate (семейство Gfossipíromídae), Piscícola geómetra (семейство Ichthyobdeüidae), Erpobdella octoculata, E.nigricoffls (семейство Erpobdellidae) и Haamopis sanguisuga (семейство Hirudinidae). Самыми распространенными и массовыми оказались два вида пиявок: Erpobdella octoculata и Glossiphonia complánala. Довольно редкие и малочисленные для исследуемого региона веды - Piscícola geómetra и Hemiclepsis margínala. Отмечено значительное обеднение видового разнообразия в водоемах всех типов, особенно в местах, подверженных техногенному прессу. Присутствие отдельных особей Erpobdella octoculata и Haemopis sanguisuga в водоемах с повышенной токсической нагрузкой свидетельствует о высокой резистентности этих пиявок к химическим агентам.

Результаты замеров средней массы тела пиявок показали достоверные различия по этому показателю мезду популяциями пиявок рек и стоячих

водоемов у взрослых особей Erpobdella octoculata, Haeipopis sanguisuga, Glossiphonta complaneta и G.concotor.

Исследования микроэлементов в тканях пиявок показали, что наибольшей способностью к накоплению меди, цинка, свинца и кадмия в водоемах Свердловской области обладает большая ложноконская пиявка Haemopis sanguisuga, свинец в значительных количествах аккумулируют также особи Erpobdella octoculata и Gtossiphonia complanata. В тканях глоточной пиявки Erpobdella nigricolks, обитающей в озере Шарташ, отмечены низкие концентрации меди, свинца, отсутствие кадмия и высокие концентрации эссенциального цинка. Самые высокие коэффициенты накопления (Кн) обнаружены у пиявки H.sanguisuga в Берхне-Тагильском водохранилище: Кн меди составил 6.2x101, а Кн цинка - 7.9x103. Специфическая способность пиявок избирательно аккумулировать невысокие дозы токсичных тяжелых металлов при кратковременных антропогенных воздействиях, когда еще не выражены морфо-физиопотческие изменения организма и последующие за ними функциональные перестройки водной экосистемы (видовое разнообразие, биомасса, продуктивность), свидетельствует о целесообразности использования данных показателей в спектре прогностических мероприятий в случае залповых неконтролируемых сбросов токсических элементов в водоем. Обнаруженная прямая корреляционная связь между содержанием меди и цинка в тканях особей

г

Haemopis sanguisuga, Erpobdella octoculata и содержанием этих экотоксикантое в водной среде указывает на возможность использования данных видов пиявок в качестве биоиндикаторов при мониторинге водной среды.

Лабораторный эксперимент, проведенный на пиявках из природных популяций импактных и фоновых территорий, показал высокую резистентность

. 21 уральских особей к значительным концентрациям ТМ в воде по сравнению с

пиявками из Тамбовской области.

Сравнительный анализ аминокислотного состава тканей пиявок показал, что аминокислотный пул всех исследованных видов состоит из 22 аминокислот (АК). Приспособление пиявок к повышенному фону ТМ в водной среде идет по пути увеличения общего содержания свободных АК. Повышенные концентрации АК способных связывать ТМ в нетоксичные комплексы «металл-белок» (глутаминовая кислота, цистеин, цистеиновая кислота, гистцдин, лизин), обнаруженные в тканях ложноконсхих пиявок из Верхне-Тагильского водохранилища, обесточивают высокую резистентность Haemopis sanguisuga и Erpobdella осtocutata к действию токсикантов водной среде. Наши исследования показали, что исходный уровень азотистого метаболизма пиявок обусловлен как видовой спецификой питания, так и воздействием постоянных факторов среды обитания.

Выводы

1. Комплексные эколого-фаунистические исследования показали, что гирудофауна Среднего Урала представлена в видами, принадлежащими к 4 семействам: Glossiphonla complánete, G.concolor, Helobdella stagnahs, Hemtetepsis margínate (семейство Glossiphoni'daé), Piscícola geómetra (семейство Ichthyobdellidae), Erpobdella octoculata, E.nigricollis (семейство ErpobdelUdoa) и Heemopis sanguisuga (семейство Hirudmidae)-,

2. Изучение гирудофауны Свердпоасхой области показало значительное обеднение видового разнообразия пиявок на фоне низкой численности особей в водоемах, подверженных персистентному загрязнению поллютантами;

3. Определена морфометрическая изменчивость видов пиявок: Glossiphonia complanata, G.concolor, Erpobdella octoculata и Haemopis sanguisuga, обусловленная их биогопической приуроченностью. Выявлены достоверные

- * '•* i»

различия по массе тела между популяциями пиявок рек и стоячих водоемов. У ширсжораслрострзненной кровососущей пиявки G.complanata из ВерхнеТагильского водохранилища масса тела на порядок выше, чем у особей этого вида из всех других исследованных водоемов;

, « *Н , ' . . . - J* " Г » " г * ' *

4. Показаны видовая, популяционная и географическая специфичность пиявок по способности к аккумуляции тяжелых металлов. Определены фоновые концентрации Cu, Zn, РЬ и Cd в тханях 4 видов пиявок, обитающих в водоемах Среднего Урала. Установлена прямая зависимость накопления меди и цинка тканями Haemopis sanguisuga, Gtossiphonie complanata, ErpobdeHa octoculata от, степени загрязнения водной среды этими токсикантами.

5. Впервые определены коэффициенты накопления (Кн) меди и цинка у пиявок в водоемах Среднего Урала. Высокие Ки меди и цинка у Haemopis sanguisuga и Glossiphonia complánate позволяют рекомендовать эти виды пиявок в качестве. биоиндикаторов на загрязнение пресноводных водоемов вышеуказанными тяжелыми металлами.

6. Сравнительный анализ адаптивных возможностей пиявок из фоновой и импактной зон к действию тяжелых металлов е контролируемых условиях показал высокую резистентность пиявок уральских популяций к повышенным концентрациям меди, цинка и кадмия в водной среде в отличие от неадаптированных особей из Тамбовской области.

7. Впервые с помощью современного метода ионообменной хроматографии дана количественная и качественная оценка состояния аминокислотного фонда тканей 4 видов пиявок среднеуральских популяций. Аминокислотный пул всех исследованных пиявок, независимо от их видовой принадлежности включает 22 аминокислоты. Приспособление пиявок к повышенному фону тяжелых металлов в водной среде идет по пути увеличения

osear®

общего содержания свободных аминокислот. Показано, что представители класса Hiwdmea представляют собой различные физиологические группы, характеризующиеся качественным своеобразием азотистого метаболизма.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Черная Л. В. К вопросу о видовом составе представителей класса Hirudinea, обитающих в водоемах Среднего Урала // Актуальные проблемы биологии и экологии: Тезизы докладов VII Молодежной научной конференции. -Сыктывкар, 2000. С. 257-258;

2. Черная Л. В. Пиявки (класс Himdineá), обитающие в водоемах Свердловской области // Биосфера и человечество: Материалы конф. молодых ученых памяти Н. В, Тимофеева-Ресовского. - Екатеринбург, 2000. С. 323-324.

3. Черная Л. В., Ковапьчук Л. А. Экология представителей класса Hinidinea и их роль в водных экосистемах Среднего Урала U Сохранение бюоразнообразия и рациональное использование биологических ресурсов: Тезисы Первой научной школы и конф. - Москва, 2000. С.116.

4. Черная Л. В., Новикова Н. В. Экологическая изменчивость некоторых видов пиявок водоемов Уральского региона // Современные проблемы полуляционной, исторической и прикладной экологии; Материалы конф. молодых ученых, - Екатеринбург, 2001. С. 285-287.

5. Черная Л. В., Коеальчук Л. А. Адаптивные особенности природных популяций некоторых видов класса Himdineá в ' условиях антропогенной трансформации И Биота горных территорий; История и современное состояние: Материалы конф. молодых ученых. - Екатеринбург, 2002. С.270-280.

8. Ковапьчук Л. А., Черкая Л. В. Особенности аккумуляции тяжелых цветных металлов тканями лияаок, обитающих в водоемах Среднего Урала //

Ш15 3 7 б

Экологические проблемы горных территорий: Материалы международной научной конф. - Екатеринбург, 2002, С. 262-266.-

7, Черная Л. В., Ковальчук Л. А. Адаптивные особенности некоторых видов класса Hirudinea . в, условиях техногенной; биогеохимической провинции // Актуальные проблемы биологии и экологии: Материалы докладов молодежной научнойконф.-Сыктывкар, 2002,С. 117.

8, Черная Л. В., Ковальчук Л. А. Сравнительный анализ азотистого обмена у представителей класса Hirudinea: Haemopis sanguisuga и Himdo medidnalis ti Биология - наука XXf: века: Тезисы школы-конференции молодых ученых. -Пущино, 2002. С. 159. , .

9, Черная Л. В., Ковальчук Л. А. Новые данные о фауне пиявок Свердловской областм // Разнообразие беспозвоночных животных на Севере: Тезисы международной конф. - Сыктывкар, 2003.. С. 80.

.10. Ковальчук Л. А., Черная Л.. В. > Эколого-физиологические особенности представителей гирудофауны Свердловской области в условиях техногенной нагрузки ti Разнообразие беспозвоночных ЖИВОТНЫХ НЙ СбВврв! Тезисы международной конф. - Сыктывкар, 2003. С. 34.

11. Ковальчук Л. А, Черная Л.. В. Видовое разнообразие пиявок, обитающих в водоемах Среднего Урала // Экология, 2003, № 2, С. 154-156.

Подписано в печать 17.09.2003. Формат 60x84/16. Усл. печ.л. 1,0 Печать офсетах. Тираж 100 экз. Заказ №

Копировальный центр ООО «ЦМИК» г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 137, тел, 56-08-26 Свидетельство о регистрации № 05162 серия 1-ЛИ