Исследование суммарного содержания ртути в донных отложениях и некоторых органах двустворчатых моллюсков Unio pictorum среднего течения реки Урал в черте города Оренбурга

Карнаухова Ирина Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и методики преподавания химии

Минакова Виктория Валерьевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и методики преподавания химии

Тихомирова Галина Михайловна, кандидат биологических наук, доцент кафедры биологии

Минакова Владислава Валерьевна, аспирантка они характеризуются высокой токсичностью, для некоторых доказан мутагенный и канцерогенный эффекты [12]. По степени опасности для большинства живых организмов и, в частности, человека в соответствии с ГОСТ 17.4.1.02-83 химические элементы подразделяются на три класса: I кл – As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn; II кл – B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; III кл – Ba, V, W, Mn, Sr. Наиболее высоко токсичные соединения образуют элементы I-го и II-го классов опасности [5, 7]. Одним из таких поллютантов является ртуть.

Кларк ртути в земной коре невысок и составляет 20-90 мкг/кг, в осадочных породах – 50 мкг/кг, в глинистых отложениях достигает 200400 мкг/кг [2, 7, 9]. Природная ртуть встречается в виде минералов: красного и чёрного сульфида, циннобара и реже представляет собой жидкость [2, 10]. Находясь в данном агрегатном состоянии, ртуть интенсивно выделяет пары в связи с чем токсический эффект её возрастает. В гидробиоценозах ртуть интенсивно аккумулируют фито- и зоопланктон, которым питаются ракообразные, рыбы, моллюски. Концевыми звеньями, как правило, являются птицы, рыба и нередко человек. Поскольку в водной пищевой цепи количество токсиканта увеличивается от звена к звену, то очень часто человек получает наибольшую концентрацию ртути [4]. Период её полураспада в организме составляет около 70 дней. За это время данное соединение способно вызвать частичную денатурацию некоторых структурных белков, инактивацию части ферментов, повреждение плазматических мембран, часто приводящее к гибели клеток: то есть затронуть и нарушить работу всех систем организма, или, при высокой концентрации, привести к летальному исходу [5, 7, 11]. В окружающую среду ртуть попадает из различных природных и техногенных источников [7]. Естественный круговорот её включает основные процессы, протекающие в системах «мантия ↔ толща осадочных пород ↔ кора выветривания ↔ атмосфера» и «океанические, морские, озерные, речные осадки ↔ гидросфера ↔ атмосфера» [7, 10]. Основными техногенными источниками ртути являются, во-первых, тепловые электростанции, работающие на угле, хлорно-щелочное и цементное производство, выплавка меди и цинка, а также сжигание твёрдых бытовых отходов [12]. Большинство соединений ртути, образующихся в результате выше перечисленных процессов, обладают высокой летучестью и, быстро включаясь в циркуляцию воздушных масс, переносятся на большие расстояния. Выпадение осадков или возникновение пыльных бурь приводит к попаданию поллютанта в природные водоёмы [2]. Здесь ртуть может присутствовать в различных химических формах: элементарная ртуть (Hg0), комплексные соединения ртути (II) с различными органическими и неорганическими лигандами и, наиболее токсичные органические формы – монометилртуть и диме-тилртуть [9, 10]. Далее, в зависимости от условий (рН воды, температуры, концентрации сульфат- и хлорид-ионов, присутствия в воде органических веществ и некоторых групп бактерий (в частности, сульфатредуцирующих) ртуть включается в дальнейшие пути трансформации [10].

Важным фактом является то, что в процессах накопления ртути большую роль играют донные отложения (ДО) – наиболее уязвимые компоненты окружающей среды в данном случае [11]. Эффект усиливается, если ДО содержат частицы глины и органические вещества, которые интенсивно адсорбируют токсикант из водной фазы [7]. Но ведущей движущей и регуляторной силой практически на всех стадиях глобального цикла ртути являются живые организмы [5], среди которых особо следует сказать о двустворчатых моллюсках. Данная группа гидробионтов является одним из функциональных звеньев водных экосистем, поскольку, являясь фильтраторами по типу питания, они концентрируют в себе множество соединений, в том числе и тяжёлые металлы [8]. Некоторые виды двустворчатых моллюсков, обитающих в определённых условиях, способны концентрировать их до 10 и более раз превышающих содержание в среде обитания. Например, рассчитаны коэффициенты биологического накопления (Кd) для некоторых тяжёлых металлов в теле двустворчатых моллюсков Unio pictorum: Кd кадмия равен 20, Kd цинка 547, Kd марганца 2072 [6]. В связи с этим способность некоторых видов объективно отражать ситуацию в окружающей среде посредством достаточно широкой распространённости, малой миграционной активности и большой чувствительности к токсикантам позволяет использовать двустворчатых моллюсков в качестве биоиндикаторных организмов [5]. Природные водоёмы в настоящее время нередко подвергаются интенсивной токсической нагрузке тяжелыми металлами, в результате чего происходит нарушение цикла круговорота микроэлементов между звеньями «ДО ↔ вода ↔ гидробионты» [11].

Цель работы: исследовать суммарное содержание ртути в ДО и некоторых органах двустворчатых моллюсков Unio pictorum среднего течения р. Урал в черте г. Оренбурга.

Материалы и методы исследования. В качестве объектов исследования были выбраны ДО и двустворчатые моллюски вида Unio picto-rum, относящиеся к классу Двустворчатые (Bi-valvia), надотряду Жаберные (Autobranchia), семейству Унионид (Unionidae) [4]. Животных отбирали в июле со станции «Водозабор» в черте г. Оренбурга. Для эксперимента были использованы моллюски 3-х летнего возраста. Выбор возрастной категории обусловлен вступлением организмов в период высокой биохимической и физиологической активности, повышением фильтрующей способности, и, как следствие, повышенному концентрированию веществ из среды обитания [1]. Определение концентрации ртути в ДО было проведено на базе испытательной лаборатории ФГБУ ГЦ Агрохимической службы «Оренбургский» атомно-абсорбционным методом на приборе спектрофотометр «Спектр-5-3» по МУ М.ЦИНАО, 1992. Определение ртути в тканях моллюсков проводилось на базе лаборатории спектрометрических методов исследования отделом гигиенических исследований ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Оренбургской области».

Для исследования содержания ртути мягкое тело моллюсков вынимали из раковины, давали стечь экстрапаллиальной жидкости и гемолимфе, просушивали фильтровальной бумагой и разделяли на следующие органы и части тела:

мантию с аддукторами, жабры, пищеварительную железу (гепатопанкреас) и ногу с висцеральным мешком [3, 5]. Далее определяли концентрацию ртути методом атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС); атомизацию проб осуществляли методом «холодного пара» [5, 11]. Для оценки степени загрязнения ДО ртутью руководствовались «намеченным»

(экологическим) нормативом, принятым в Нидерландах, значение которого для ртути в ДО составляет 0,00005 мг/кг [5].

Результаты и их обсуждение. Данные по суммарному содержанию ртути в ДО и тканях двустворчатых моллюсков Unio pictorum отражены в табл. 1.

Таблица 1. Суммарное содержание ртути в ДО и тканях двустворчатых моллюсков Unio pictorum

Согласно полученным результатам концентрация ртути в ДО станции «Водозабор» в районе г. Оренбурга превысило «намеченный» (экологический) норматив в 280 раз. Анализ распределения токсиканта в органах Unio pictorum показал неодинаковое его накопление. Наименьшим содержанием ртути характеризовалась «нога» гидробионтов, концентрация в мантии и жабрах оказалась выше в 1,3 и 1,8 раз, соответственно. Наибольшее количество поллютанта обнаружено в гепатопанкреасе моллюсков: значение превысило содержание в «ноге» в 2,2 раза. Неодинаковое накопление ртути в органах Unio pictorum объясняется, по-видимому, разной концентрирующей способностью и уровнем метаболической активности тканей. «Нога» и мантия моллюсков выполняют в основном механическую и защитную функции. Состав их представлен преимущественно фибриллярными белками [1, 4]. Жабры – органы дыхания и фильтрации. Они являются первым барьером на пути растворённых соединений и глинистых взвешенных частиц, на которых преимущественно сорбируются ионы ртути [7]. Кроме этого, повышение концентрации металла в жабрах может быть связано также с его способностью взаимодействовать с биологическими мембранами и непосредственно проникать внутрь клеток [11]. Гепатопанкреас двустворчатых моллюсков выполняет роль пищеварительной железы и временно депонирует липиды, особенно в период активной жизнедеятельности рассматриваемых организмов [1, 5]. Известно, что в организмах водных экосистем накопление многих токсикантов коррелирует с содержанием в них липидов [1]. Следовательно, максимальное суммарное содержание ртути в гепатопанкреасе Unio picto-rum может быть объяснено повышенным концентрированием соединений данной группы.

Выводы: полученные данные свидетельствуют о биологической доступности ртути в данных условиях и дополняют обозначенные выше факты о неодинаковой накопительной способности органов моллюсков, а также, возможно, позволят более детально оценить роль Unio pictorum как биоиндикаторного организма в зависимости от времени года и уровня токсической нагрузки на гидробиоценоз.