Характерные особенности адаптации мидии съедобной Mytilus edulis L. к поллютантам

Физиологические методы, используемые при биомониторинге загрязнений окружающей среды, позволяют выявить не только токсическое действие загрязнителей, но и дают возможность объяснить механизмы ответной реакции организма на такие воздействия. К числу широко используемых физиологических параметров относится сердечная активность (частота сердечных сокращений, ЧСС) [5]. Показатели ЧСС позволяют достаточно точно охарактеризовать физиологический статус животного [10]. Ранее проведенные исследования показали наличие достоверной корреляции между изменениями сердечной ритмики и такими факторами, как потребление кислорода, варьирование температуры и солености [1], [6], [8]. Кроме того, установлена высокая чувствительность сердечной активности моллюсков к тяжелым металлам и аммиаку [3], [4]. В то же время отсутствуют работы по изучению реакций моллюсков на воздействие нефтепродуктов. Результаты исследований изменения ЧСС мидий при добавлении тяжелых металлов достаточно противоречивы.

Цель настоящей работы – оценка влияния различных концентраций нефтепродуктов и кадмия (тяжелый металл) на сердечную активность мидий Mytilus edulis L.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Эксперименты были проведены на Беломорской биологической станции им. акад. О. А. Скарлато ЗИН РАН (губа Чупа, Кандалакшский залив, Белое море). Сублитораль- ные моллюски были собраны с установок для искусственного выращивания мидий. Сразу после сбора моллюски были измерены (размер раковин варьировал от 58,3 до 73,5 мм, средний размер составил 66,6 мм). Для акклимации к лабораторным условиям моллюски были помещены на 7 дней в аквариумы с морской водой с постоянной продувкой при температуре 10 °С. Ежедневно осуществлялась частичная смена воды. Кормление мидий не производилось, чтобы избежать специфического динамического действия пищи. За один день до эксперимента к раковинам моллюсков были приклеены оптические сенсоры CNY-70, после чего мидии были помещены в 11 аквариумов (по 9 экземпляров).

В качестве нефтепродуктов применялось тяжелое дизельное топливо. Легкие фракции нефти не использовались, так как они быстро испаряются и в долговременном эксперименте влияние данных компонентов было бы минимальным. Концентрации нефтепродуктов были выбраны с учетом всего спектра – от минимальной до сублетальной (см. таблицу). Были использованы следующие концентрации кадмия (концентрации даны по металлам): 10 (ПДК), 100 и 500 мкг/л.

Концентрации нефтепродуктов, используемые в эксперименте

	1	2	3	4	Контроль
Расчетные (мг/л)	700	210	70	0	0
Истинные (мг/л)	38,80	8,41	1,88	0,35	0,02

Регистрация ЧСС осуществлялась каждые 2 часа в течение первых суток перед добавлением поллютантов и в течение 6 суток после начала воздействия. Использовалась методика дистантной записи сердечной активности, основанной на излучении инфракрасного света в область расположения сердца и регистрации отраженных лучей [5].

РЕЗУЛЬТАТЫ

После добавления нефтепродуктов в высоких концентрациях (38,0 и 8,0 мг/л) ЧСС мидий резко возрастала (рис. 1). Далее были отмечены циклические изменения сердечной активности с периодом в 1 и 2 суток. При этом сердечная активность не снизилась до контрольных показателей вплоть до конца эксперимента. В случае использования более низких концентраций нефтепродуктов (0,4 и 1,9 мг/л) только на четвертые сутки опыта было обнаружено достоверное понижение ЧСС мидий. К концу эксперимента сердечная активность вернулась к контрольным значениям (рис. 1). Флуктуации ЧСС, регистрируемые у мидий, находящихся в условиях влияния низкой концентрации нефтепродуктов, были сходны с изменением сердечной активности у моллюсков из аквариумов с высокими концентрациями нефтепродуктов.

Рис. 1. Изменение ЧСС мидий при воздействии нефтепродуктов разной концентрации

В случае кадмия повышение сердечной активности сразу после воздействия составило 11, 17 и 31 % при концентрациях металла 10, 100 и 500 мкг/л соответственно (рис. 2). Таким образом, мы наблюдали зависимость выраженности реакции сердечной системы от концентрации металла. В то же время небольшое количество данных не позволяет вывести окончательное уравнение зависимости изменения ЧСС мидий от концентрации данного металла. На вторые сутки эксперимента сердечная активность животных понижалась до контрольного уровня с последующим достоверным повышением. Более того, на третьи сутки опыта наблюдался резкий, более чем в два раза, рост ЧСС (рис. 2). В дальнейшем сердечная активность вернулась к контрольному уровню во всех экспериментальных группах (рис. 2).

0                1                2                3                4                5

Время, сут

Рис. 2. Изменение ЧСС мидий при воздействии кадмием в разных концентрациях

ОБСУЖДЕНИЕ

Повышение ЧСС моллюсков в нашем эксперименте свидетельствует о возрастании уровня потребления кислорода и, соответственно, общего уровня обмена веществ. Учитывая, что мидия является активным фильтратором, возможны несколько причин данного эффекта. Первая – моллюскам необходима дополнительная энергия для выведения поллютантов из тканей. Вторая – дополнительный кислород используется при окислении загрязняющих веществ. Третья возможная причина заключается в том, что одним из важных аспектов деконтаминации является синтез таких белков, как металлотионеины, белки теплового шока и глютатионы. Указанные вещества способны формировать устойчивые комплексы как с компонентами нефтяных углеводородов, так и с тяжелыми металлами [9].

Все вышеуказанные процессы, происходящие в организме мидий, связаны с адаптацией животных к воздействию загрязняющих веществ. Мы полагаем, что флуктуации сердечной активности поддерживают данную гипотезу. Ранее было доказано, что в процессе адаптации различные показатели организма животных колеблются вследствие инерции адаптационных механизмов [2]. Таким образом, флуктуирующий характер ЧСС при воздействии поллютантов свидетельствует о происходящем процессе адаптации животных к загрязняющим веществам. Сходное предположение было высказано также при оценке воздействия тяжелых металлов на мидий [7].

Еще один важный результат нашего исследования, на котором следует остановиться, это временная зависимость от воздействия поллютантов. К примеру, если бы мы регистрировали показатели сердечной активности через 24 ч после воздействия поллютантов, мы могли бы прийти к выводу об отсутствии реакции организма моллюсков. Таким образом, в экотокси-кологических исследованиях следует учитывать временной фактор, и в особенности при оценке физиологических и поведенческих характеристик.

Характерные особенности адаптации мидии съедобной Mytilus edulis L. к поллютантам

На основе полученных результатов можно сделать вывод о высокой чувствительности сердечной ритмики моллюсков к загрязняющим веществам. При этом реакция животных может заключаться не только в повышении или пони- жении сердечной активности, но и в характере изменений ЧСС на протяжении воздействия.

Выражаем признательность сотрудникам ББС ЗИН РАН «Картеш» за неоценимую помощь при проведении экспериментов.