Содержание тяжелых металлов в тканях голотурий Eupentacta fraudatrix в заливе Петра Великого

жизни, прячась под камнями и обломками ракушек. Эта особенность их поселений позволяет проводить многолетние исследования в относительно константных биотопах, что в свою очередь, представляет интерес для исследований по мониторингу экологического состояния среды. Масштабные строительные работы, развернувшиеся на о. Русском вблизи г. Владивостока в связи с предстоящим саммитом АТЭС 2012 г., сопровождаются определенным загрязнением морской среды, обусловливая необходимость контроля за изменением состояния гидробионтов, в том числе содержания ТМ в их тканях. Ранее проведенные единичные исследования содержания ТМ в тканях некоторых съедобных голотурий [13] носили отрывочный характер, затрагивали узкий спектр ТМ, не выявляли особенности распределения ТМ в тканях животных и их зависимость от загрязнения морской среды.

Цель работы: сравнительное исследование уровня ТМ в тканях голотурий E. fraudatrix на двух научно-исследовательских станциях Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН в заливе Петра Великого Японского моря: в бухте Алексеева (о. Попов), находящейся в непосредственной близости от о. Русского, и в бухте Витязь, расположенной вблизи от Дальневосточного государственного морского биосферного заповедника.

Материал и методы. Сбор голотурий производился в мае-сентябре в бухтах Алексеева и Витязь залива Петра Великого на глубинах 0,5-2 м с использованием легководолазного снаряжения (трубка, маска, ласты). Отбор проб грунта производили с помощью пластиковых емкостей, используя в качестве транспортного средства резиновую лодку. Обработку проб грунта проводили согласно стандартным рекомендациям [12]. Для выделения наиболее тонкодисперсной фракции грунтов (ил) пробу грунта взмучивали в отфильтрованной морской воде, отстаивали 30 мин, центрифугировали и в полученном осадке определяли содержание ТМ. Определение ТМ (Cd, Co, Cu, Zn, Fe, Mn и Pb) в тканях E. Fraudatrix проводили методом атомноабсорбционной спектрофотометрии в воздушно-ацетиленовом пламени с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра Shimadzu 6800 (Япония). Для подготовки проб к анализу применяли метод кислотной минерализации. Образцы (тушки животных или их отдельные органы) высушивали до постоянной массы при температуре 85оС. Затем навеску ткани (0,2-1,0 г) помещали в тефлоновый стакан и добавляли смесь 16 M HNO3 и 11,3 M HClO4 (3:1, об/об). Пробы выдерживали при комнатной температуре 24 часа, затем нагревали до тех пор, пока раствор не становился прозрачным [9]. Пределы обнаружения для Cd и Zn были 0,06 мкг/г сухой массы, для Cu и Mn – 0,2 мкг/г, Co и Fe – 0,4 мкг/г и для Pb – 0,8 мкг/г. Результаты представлены средними значениями 4-8 измерений ± средняя ошибка. Разницу между группами считали достоверной при P не более 0,05 (ANOVA для повторных измерений, тест Стьюдента-Неймана-Коля).

Результаты и обсуждение. Измерение уровня ТМ в тканях голотурий, проведенное в конце мая 2008 г., представлено в табл. 1. Сравнение содержания металлов в грунте б. Алексеева и в тушках животных показывает (данные за 2008 г.), что голотурии, по-видимому, не накапливают ТМ из грунта, за исключением Cd. Содержание этого металла в голотуриях в 2 раза превышало его содержание в грунте. При этом сравнение полученных данных с результатами работы Жадана и др. [3] свидетельствует о том, что содержание ТМ в грунте б. Алексеева значительно возросло за 4 года (2004-2008 гг.): содержание Сu – в 4,3 раза, Zn – в 1,25 раза, Fe – в 2 раза, Mn – в 3,2 раза.

Последующие измерения уровня ТМ в июне выявили наличие сезонных изменений в содержании ТМ в тушках голотурий (табл. 2). Так, в июне по сравнению с маем в 5 раз возрастало содержание Zn, но снижалось содержание Fe, Mn, Co, Cd и Pb в 2, 2,3, 1,8, 2,6 и 1,6 раза, соответственно. Уровень Cu не изменялся. Наличие сезонных изменений в содержании ТМ в тканях морских гидробионтов описано ранее [4].

Таблица 1. Содержание ТМ в цельных тушках голотурий E. fraudatrix и в грунте б. Алексеева (май 2008 г.)

Образцы	Концентрация тяжелых металлов, мкг/г сухой массы
	Cu	Zn	Fe	Mn	Co	Cd	Pb
E. frau-datrix	2,8±0,1*	6,0±0,2*	136±3*	21,5±0,1*	0,72±0,13*	0,41±0,11	15,60±0,61*
грунт	97,0±29,0	127,5±18,5	60000± 6700	465,5±46,5	24,0±1,5	0,21±0,04	39,0±2,0

Таблица 2. Распределение тяжелых металлов в органах голотурий E. fraudatrix (июнь 2008).

Образцы	Концентрация ТМ, мкг/г сухой массы
	Cu	Zn	Fe	Mn	Co	Cd	Pb
E. fraudatrix, цельная тушка	2,8±0,07	30,1±2,7	68,9±7,5	9,3±1,2	0,4±0,03	0,16±0,02	9,6±0,9
E. fraudatrix, кишка	36,3±4,7	149±16,1	1793± 165,9	36,3±1,8	0,74±0,05	1,28±0,06	6,1±0,2
E. fraudatrix, гонады	3,07±0,1	62,0±4,8	53,0±3,9	0,7±0,02	0,48±0,03	0,25±0,02	2,39±0,08
E. fraudatrix, стенка тела	1,85±0,08	22,4±1, 9	26,8±2,9	17,1±1,1	0,14±0,01	0,23±0,01	20,6± 1,5

Исследование уровней ТМ в отдельных органах E. fraudatrix, также проведенное в июне, выявило, что содержание металлов в стенке тела было преимущественно наименьшим, за исключением свинца и марганца, уровни которых в стенке тела были примерно в 2 раза выше, чем в целом животном. Содержание металлов в кишке, за исключением свинца, напротив, было максимальным по сравнению с другими органами и целым животным, наибольшее значение имело содержание железа, в 26 раз превышая его среднее содержание а тушке животного. Гонады по содержанию ТМ занимали промежуточное положение между стенкой тела и кишкой. Наименьшие величины содержания Mn и Pb отмечены именно в гонадах.

Исследование биотопов голотурий E. fraudatrix (длина тела до 8,5-9 см, единичные экземпляры-до 10 см) в бухтах Алексеева и Витязь выявило распределение животных по субпопуляциям, различающимся по средней размерности и окраске тела. При этом в бухте Алексеева животные с ярким цветом тела, красно-оранжевым, образуют поселения на относительно больших глубинах (2-5 м) с каменистым грунтом, в то время как окраска тела животных на глубине 0,5 м с илисто-песчаным дном с примесью битой ракушки была преимущественно розовой. В б. Витязь на дне, образованном свалом камней, преобладали голотурии оранжевого цвета, которые образовывали компактные скопления уже на глубинах 0,5 м. Наличие двух форм животных, установленное в данной работе для голотурий E. fraudatrix, ранее было показано и для трепанга [6]: две морфоформы Aposti-chopus japonicus различаются как по цвету («зеленая» и «красная»), так и распределением и темпами роста.

Было проведено сравнение содержания ТМ в обнаруженных 2 морфоформах голотурий E. fraudatrix («оранжевой» и «розовой») в сентябре 2008 г. в б. Витязь. Поскольку существуют данные о влиянии размера тела/возраста на накопление ТМ в тканях гидробионтов [4], для исследований в группы сравнения отбирались голотурии со средней длиной тела (4-5 см). Было показано, что голотурии двух морфоформ отличались избирательностью в аккумуляции ряда ТМ (рис. 1). Так, в стенках тела «оранжевой» морфоформы содержание Zn в 1, 7 раза превышало его уровень в «розовой», и, напротив, животные с розовой окраской тела содержали в 3 раза больше Co и в 2 раза – Pb (рис. 1а). Содержание других ТМ варьировало недостоверно. В гонадах «розовой» морфоформы (рис. 1б) установлено значительное увеличение по сравнению с «оранжевой» формой содержания таких металлов, как Fe (в 3 раза) и Co – в 2 раза. По другим элементам существенной разницы не отмечено. В кишке значительная разница отмечена по содержанию Cu и Fe (в «оранжевых» животных их было в 2 и 3 раза, соответственно, больше, чем в «розовых»). По-видимому, повышенное содержание в «оранжевых» животных каротиноидов, предположительно обусловливающих их более яркую окраску по сравнению с «розовыми», вызывает снижение содержания ТМ в жизненно важных органах по сравнению с таковым в «розовых» голотуриях. Подобное снижение может быть связано со способностью каротиноидов увеличивать синтез металлсвязывающих белков металлотеинеинов в отдельных органах, вызывая перераспределение металлов в органах, приводящее к их накоплению в детоксицирующем органе и снижению в других, как это было показано в отношении ре-тинол-индуцируемой толерантности к кадмию у крыс [11]. Необходимо отметить, что работы, указывающие на связь каротиноидов с перерас-пределением/выведением ТМ из организма голотурий и других морских гидробионтов в литературе практически не встречаются.

а

"оранжевая"

"розовая"морфо форма

"оранжевая" морфоформа "розовая"

морфоформа

Рис. 1. Содержание тяжелых металлов (1 – Cu, 2 – Zn, 3 – Fe, 4 – Mn, 5 – Cd, 6 – Pb, 7 – Co) в стенке тела (а), гонадах (б) и кишке (в) двух морфоформ («оранжевой» и «розовой») голотурий E. fraudatrix (длина тела 4-5 см) в б. Витязь (зал. Петра Великого) в сентябре 2008 г. * - P<0,05 по сравнению с другой морфоформой.

Несмотря на чрезвычайно высокое содержание свинца в стенке тела голотурий, особенно, «розовой» морфоформы, в б. Витязь в 2008 г., измерения уровня ТМ в оранжевых животных в 2009 г. выявили его низкую концентрацию, в 3 раза меньшую, чем в тот же период наблюдений в 2008 г. (табл. 3). Значительно снизилось также содержание Mn и Cd (на 85% и 70%, соответственно) по сравнению с их величинами в 2008 г., однако резко возросло содержание железа, более чем в 6 раз. Содержание Сu в стенке тела «оранжевых» голотурий в 2009 г. оставалось на уровне 2008 г, не варьировало оно и между исследованными морфоформами в 2008 г. Слабая вариабельность содержания Сu, участвующей, как и ряд других металлов (Zn, Fe, Mn) в регуляции многих физиологических процессов организма, но являющейся более токсичной, показана и для мидии Mytilus edulis [7] и связана, по-видимому, с наличием строгих систем поддержания ее уровня [10].

Измерения содержания ТМ в грунте в б. Витязь в 2009 г. показали, что концентрации исследованных ТМ в грунте этой бухты значительно ниже, чем в б. Алексеева (по данным 2008 г.). Однако уровень содержания ТМ в тканях голотурий в б. Витязь был равен или превышал таковой для отдельных ТМ (Cu, Fe, Co) в голотуриях в б. Алексеева. Таким образом, несмотря на возрастающее антропогенное загрязнение б. Алексеева, существенного возрастания уровня ТМ в тканях обитающих в этой бухте голотурий не отмечено. В б. Витязь, тем не менее, на фоне низкой загрязненности грунта ТМ, в тканях голотурий отмечено значительное возрастание содержания таких металлов, как Pb (в 2008 г.) и Fe (в 2009 г.). По-видимому, такие колебания в уровнях ТМ связаны с поступлением в юго-западную часть зал. Петра Великого вод реки Туманган, несущей в российскую акваторию различные загрязняющие вещества с предприятий Северной Кореи и Китая [1]. Голотурии E. fraudatrix, в отличие от трепанга, являющегося детритофагом [5], поглощают частицы пищи, распределенные в воде. Вследствие этого, загрязняющие выбросы могут приводить к периодическим колебаниям в уровнях ТМ в тканях голотурий в б. Витязь. Полученные данные соответствуют предположению Arun and Achyuthan [8] о том, что многие виды морских беспозвоночных поглощают ТМ в большей мере из пищи, чем из воды и грунта.

Таблица 3. Содержание тяжелых металлов в стенке тела голотурий E. fraudatrix («оранжевая» морфоформа, длина тела 4-5 см) в б. Витязь и б. Алексеева и в грунте б. Витязь (сентябрь 2009 г.)

Образцы	Концентрация тяжелых металлов, мкг/г сухой массы
	Cu	Zn	Fe	Mn	Co	Cd	Pb
E. frau-datrix , б. Витязь	4,18±0,20	28,03±5,20	159±8,53	18,72±0,89	1,75±0,47	0,40±0,13	7,65±2,70
грунт	17,1±1,2	65±5,5	15092±400	184±16,5	1,99±0,05	Не/опред	27,0±1,8
E. frau-datrix , б. Алексеева	0,08±0,03	19,2±1,12	54,6±10,4	25,94±3,25	0,38±0,13	0,46±0,02	5,75±1,27

Выводы: полученные результаты свидетельствуют об относительно низком уровне аккумуляции ТМ в тканях голотурий E. fraudatrix в условиях антропогенных загрязнений в б. Алексеева и значительно более высоких флуктуациях содержания ТМ, особенно Pb и Fe, в б. Витязь. Вместе с тем отмечена способность тканей животных снижать повышенный уровень ТМ в отдельных органах, чему, по-видимому, способствует высокое содержание каротиноидов в тканях голотурий. Роль каротиноидов в этих процессах будет исследована в дальнейших работах.

Работа выполнена при частичной поддержке грантов ДВО РАН № 08-04-99141 и № 10-III-Д-07-030.