Строение, функции и особенности накопления тяжелых металлов и микроэлементов в волосяном покрове лосей разных возрастных групп

Введение. В условиях постоянного антропогенного загрязнения биосферы особую значимость приобретает вопрос изучения возможности жизнедеятельности организмов в условиях среды техногенного загрязнения и поиска порога, вызывающего необратимые изменения биологических систем. Животные в ходе эволюции приобрели целый комплекс компенсаторных реакций, которые позволяют им поддерживать постоянство внутренней среды в субтоксических условиях окружающей среды.

Волосяной покров тела животного служит защитой организма от внешних воздействий, участвует в регулировании теплообмена и в восприятии различных раздражителей из окружающей среды. Он состоит из большого количества разнообразных волос, которые выполняют своеобразные физиологические функции. В зависимости от времени года волосяной покров большинства животных находится в относительной стадии покоя, за исключением выпадения отдельных волос при выполнении гру-минга (чесание, чистка, облизывание). Во время линьки, которая может быть возрастной, сезонной или постоянной, происходит периодическая смена волосяного покрова. На теле животного, на разных его анатомических участках встречаются самые разнообразные по длине, толщине, форме и выполняемой функции волосы. Например, вибриссы (лат. vibrissae), располагаются на голове и выступают над поверхностью волосяного покрова около глаз, а также на верхней и нижней челюстях, выполняя функцию осязания [1].

Волосяной покров лося европейского (лат. Alces alces Linnaus) грубый, толстый, слегка волнистый. В зимний период на отдельных уча- стках тела он может достигать длины 10 см, а вдоль хребта он еще длиннее. Волосы на холке и сверху шеи достигают длины 16–18 см, особенно у самцов, образуют гриву и придают зверю специфическую горбатость. Губы лося покрыты короткими светлыми волосками. В нижней части ног волосы короткие, но особо прочные и упругие, что обусловлено вынужденными передвижениями по глубокому снегу, нередко с острой ледяной коркой в весенний период [1].

Окраска шерсти туловища, шеи, большей части головы и верха ног однотонная, буроваточерная или серовато-черная, а окраска конечностей светло-серая, почти белая. Оттенки окраски шерсти лося меняются по сезонам года, хотя линька бывает раз в год. В марте он теряет свой характерный блеск, в апреле у большинства лосей начинается выпадение старой шерсти, а в мае линька уже заканчивается сначала у самцов и яловых самок. В июне заканчивается линька у самок, которые отелились. Летом у всех лосей достаточно короткий волосяной покров, который сохраняется до сентября. В конце августа у лосей начинает отрастать зимний волосяной покров, появляется густой подшерсток. И к концу октября у большинства лосей тело уже покрыто густым зимним волосяным покровом. Лосята в первые четыре месяца своей жизни чаще всего имеют достаточно однородный рыжевато-бурый волосяной покров, иногда с темной полосой по хребту [2].

Особенности строения волосяного покрова животных имеют большое значение при адаптации к условиям низких температур, которая происходит за счет интенсивного роста волос, достигая генетически обусловленного максимального значения.

Ювенильная линька у лосят начинается в первых числах августа. Весь процесс линьки занимает около двух месяцев, причем наиболее упитанные лосята почти полностью заканчивают линьку раньше, уже к середине сентября. Линька начинается с седла и нижней поверхности тела, затем шея, голени и морда. Связь линьки и упитанности лосей представляет не только научный, но и практический интерес, поскольку ослабленное состояние животных должно учитываться при их содержании и транспортировке. По внешнему виду лосей, их волосяному покрову можно судить о возрасте,

Вестник КрасГАУ. 2019. № 12 упитанности, здоровье и физиологическом состоянии [1].

Взрослые лоси линяют раз в год, начиная этот процесс весной и заканчивая летом. К марту зимняя шерсть снашивается и теряет блеск. В первую очередь линяют голова и ноги, в последнюю – спина. Сначала проплешины покрываются очень короткими, почти черными волосами, которые по мере отрастания принимают буроватую или сероватую окраску. В начале-середине лета все лоси имеют темную окраску и светлую, выцветшую – весной, перед началом линьки. Первыми заканчивают линьку самцы и яловые лосихи, последними – лосихи, имеющие лосят, а также больные или истощенные животные [3].

Структурной особенностью волосяного покрова лосей является то, что их волосы толще в середине, чем у основания. Это создает воздушную прослойку вокруг тела животного, которая выступает в качестве изолирующего слоя при согревании тела лося. Данный слой имеет большое значение для них, так как они обычно живут в холодном климате с глубоким снегом и холодными зимами. Температура тела лося 38– 39 °С, и этот изолирующий слой помогает регулировать теплообразование и теплоотдачу организма: удерживает тепло во время холодных месяцев и позволяет им жить комфортно в холодном климате, без риска переохлаждения, а также помогает оставаться на плаву во время купания. Это дает им возможность жить и функционировать в более холодных условиях, которые они предпочитают. По сравнению с мясными породами крупного рогатого скота, который содержат на открытых площадках в зимний период, у лосей пуха содержится значительно меньше [1].

В последнее время активно ведутся работы по приручению и одомашниванию лосей и их практическому использованию. Лось является консументом первого порядка, занимает средний уровень трофической пирамиды, что наряду с относительно длинным периодом жизни обусловливает кумуляцию в его организме полютан-тов в количествах, способствующих более информативному анализу. Поскольку этот вид животных является охотничьим и его мясо употребляется в пищу человеком, то этот вид животных может использоваться в качестве индикато- ра природной среды. Также все актуальнее становится вопрос изучения физиологического баланса микроэлементного состава организма теплокровных животных, что является обязательным условием для обеспечения нормальной жизнедеятельности и поддержания здоровья. Общепризнанной является точка зрения о значительной роли в этом микроэлементов, в число которых входят и некоторые токсичные тяжелые металлы [4–6]. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами и другими химическими веществами вызывает функциональные и органические изменения в организме животных и человека. При этом самым актуальным является изучение содержания микроэлементов в организме млекопитающих животных, прежде всего из-за их исключительных свойств накапливаться в организме и вызывать, даже в относительно малых дозах, нарушение иммунитета, неспецифических факторов защиты, а также функциональные нарушения и болезни [6, 7].

В последнее время в ряде регионов отмечается усиливающийся дисбаланс качественного и количественного содержания эссенциальных и токсичных микроэлементов в объектах окружающей среды (воздух, природная вода), депонирующих средах (снежный и почвенный покров), питьевой воде, растениях и др. [6, 8, 9]. В связи с этим встает вопрос по всестороннему изучению анатомических, биологических, фи- зиологических и кумулятивных особенностей этих животных [10].

Цель исследования. Изучить строение, функцию и особенности накопления тяжелых металлов и микроэлементов в волосяном покрове лосей разных половых и возрастных групп.

Задачи : изучить представленные образцы волос лосей по длине, массе волос на 1 см², количеству волос на 1 см², провести микроскопические и микроэлементные исследования разных категорий волос.

Материалы и методы исследования. Материалом для исследований послужили образцы волосяного покрова лосей разных половозрастных групп, взятые на середине последнего ребра в условиях государственного природного заказника «Сумароковский» Красносельского района Костромской области. Более 50 % его территории покрыто лесом. Значительная часть лесных участков объединена в крупные лесные массивы, которые удалены от населенных пунктов и от сельскохозяйственных предприятий. В настоящее время значительная часть сельскохозяйственных угодий представлена залежами, зарастающими березой (Betula alba), осиной (Populous tremula L.) ольхой (Alder ordinaria) и сосной (Scottorum pinus), что является хорошей кормовой базой для лосей.

Характеристика животных, у которых были взяты образцы волос, представлена в таблице 1.

Таблица 1

Номер образца волос	Кличка	Пол	Возраст
1	Яхра	Самка	1 год 7 месяцев
2	Ромео	Самец	2 года 7 месяцев
3	Яфеза	Самка	12 месяцев
4	Ясония	Самка	12 месяцев
5	Ярвина	Самка	12 месяцев

Характеристика лосей, у которых были взяты образцы волос

При этом определили метрическим методом длину волос (в см), массу волоса с 1 см2 (мг), структуру и количество волос на 1 см2. Микроскопическое исследование проводили с помощью метода «раздавленной капли» под объективом микроскопа с увеличением х40.

Отбор проб производили в соответствии с «Методическими рекомендациями по отбору проб…» [11]. Подготовку проб для определения содержания токсичных элементов (железо, медь, свинец, кадмий, мышьяк) проводили согласно ГОСТ 26929-94 «Сырье и продукты пи- щевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов». Исследования проводили в соответствии с ГОСТ 30178-96 «Сырье и пищевые продукты. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов», ГОСТ Р 51766-2001 «Сырье и продукты пищевые. Атомноабсорбционный метод определения мышьяка», ГОСТ 26930-86 «Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка», ГОСТ 307112001 «Продукты пищевые. Исследования по определению тяжелых металлов (железо, медь, кадмий, свинец, мышьяк) проводили на атомноабсорбционном спектрометре «КВАНТ-2АТ». Исследования были выполнены в условиях повторяемости и промежуточной прецизионности. При расчете концентраций определяемых элементов в пробах осуществлялась метрологическая обработка результатов в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений».

Во всех случаях проводилось от 2 до 5 проб. Каждая проба анализировалась в 3-4 повторностях. Для калибровки были использованы стан- дартные растворы металлов для железа, меди, кадмия, свинца, мышьяка. Ошибка (сигма) метода в целом не превышала 5 %.

Полученные данные обрабатывались статистически на персональном компьютере с использованием пакета STATISTICA, версия 6.0. Для проверки достоверности отличий между двумя выборками использовались критерии Стьюдента и Фишера, а между несколькими независимыми выборками по одному признаку – однофакторный дисперсионный анализ и непараметрический дисперсионный анализ с применением критерия Краскала–Уоллиса. Для выяснения взаимозависимости между двумя и более выборками применялись регрессионный анализ и коэффициент ранговой корреляции Спирмана. Для всех видов статистического анализа был принят уровень значимости 0,05.

Результаты и их обсуждение. Волосы лосей хорошо делятся на две категории – остевые и пуховые. У остевых волос тонкий корень и расширенный стержень, который постепенно сужается к верхушке и имеет едва заметную волнистость. У него хорошо развитый мозговой слой, который начинается в корне волоса в виде узкого прерывистого тяжа, где хорошо выражен периферический слой клеток, примыкающий к корковому слою. Данные клетки высотой до 56,76 мкм, преимущественно прямоугольной или овальной формы, поделены на сегменты, в центре, как правило, имеют ямку. Кутикулярные клетки в области корня практически не заметны на поверхности стержня, контуры их свободного края волнистые.

Резко выделяются по своему строению волосы на запястье, где у остевых волос корень постепенно и плавно переходит в стержень. Отчетливо видны границы мозгового и коркового слоев. Пуховые волосы более тонкие, встречаются редко, в основном на нижней части живота [12].

Исследованиями установлено, что волосяной покров лося состоит из разных по длине, грубых, толстых, ломких, слегка волнистых волос. У лосей встречаются остевые и пуховые волосы, но в наших образцах были найдены только остевые, что связано с местом их локализации. У остевых волос тонкий корень и расширенный стержень, который постепенно сужается к верхушке и имеет едва заметную волнистость. Длина волосяного покрова колеблется от 1,1 до 9,5 см, данные представлены в таблице 2. Анализируя полученные данные по длине волосяного покрова, установлено, что у взрослых особей (образцы № 1 и 2) общая максимальная длина больше на 1,45 см (16,2 %), общая средняя длина – на 1,51 см (24,1 %), общая минимальная длина – на 1,6 см (55,1 %), чем у лосят (образцы № 3–5).

Масса волос и их количество на 1 см2 представлены в таблице 3.

Рис. 1. Общий вид волос: 1 – самца по кличке Ромео; 2 – самки по кличке Яхра; 3 – самки по кличке Яфеза

Длина волосяного покрова, см

Таблица 2

Длина волоса	Номер образца
	1	2	3	4	5
Максимальная	9,5	8,4	7,6	7,1	7,9
Минимальная	3,5	2,3	1,1	1,6	1,2
Средняя	6,5	5,35	4,35	4,35	4,55

Масса волос и их количество на 1 см2

Таблица 3

Показатель	Номер образца
	1	2	3	4	5
Площадь сострига, см2	2,42	2,72	2,20	2,25	1,95
Масса волос, мг	580	400	224	300	300
Масса волос на 1 см2, мг	240	147	101	133	154
Количество волос в образце	634	624	736	865	710
Количество волос на 1 см2	262	229	328	384	364
Толщина волос, мкм	370	420	280	274	280

Анализ полученных данных показывает, что масса волос на 1 см2 у взрослых животных (образцы № 1 и 2) на 68,2 мг (35,2 %) больше, чем у лосят (образцы № 3–5). Количество волос на 1 см2 у годовалых лосят (образцы № 3–5) превышает количество волос у взрослых животных на 128,2 (34,3 %). Но волосы у них были тоньше и короче.

Особое внимание уделили микроскопическому строению волоса (рис. 2 и 3). Диаметр волоса колеблется в пределах от 200 до 400 и более мик- рометров, при разной толщине от корня до кончика. Мозговое вещество расположено в виде решетки и почти полностью заполняет волос. Узор чешуек – в виде черепицы или плиток и имеет масштаб примерно от 3 до 4 на 100 микрометров. Волосы лосей имеют показатель преломления по всей их длине около 1,56 и перпендикулярно к их длине около 1,55. Они имеют двойное лучепреломление около 0,01 и положительный знак удлинения.

Рис. 2. Общий внешний вид волос

Рис. 3. Вид волоса под увеличением объектива микроскопа х 40

Благодаря тому, что середина имеет расширение, волосяной покров в целом создает воздушную прослойку, которая оберегает организм животного от перегревания, переохлаждения и помогает лосям держаться на плаву при переплывании водных препятствий. Мозаичное строение волоса обеспечивает жесткость покрова, что защищает животных от возможных повреждений, например от режущего края ледяного снега на сугробах. Хорошо выражен периферический слой клеток, преимущественно овальной формы, чешуйки кутикулы отчетливые, кольцевидной формы и их края округлые.

Шерсть давно используют в качестве альтернативного объекта анализа в клинической токсикологии и химии для диагностики отравлений тяжелыми металлами, патологии щитовидной железы и метаболических нарушений в организме [6]. Шерсть является легкодоступным биологическим материалом, простым и удобным для отбора. Пробы могут храниться длительный период времени и применяться для массовых скрининговых исследований [13].

Уровень содержания некоторых тяжелых металлов и микроэлементов (цинк, медь, кадмий, свинец, железо и мышьяк) представлен в таб- лице 4. Аккумуляцию металлов в шерсти лосей можно изобразить в виде ранжированного ряда: свинец < медь < железо < цинк в соотношении 1 : 2,9 : 20,6 : 56,3.

Нормирования уровня исследуемых металлов и микроэлементов в шерсти лосей не существует. В исследуемых пробах не обнаружено кадмия и мышьяка, что, вероятно, связано с микроэлементным составом рациона, уровнем накопления некоторых микроэлементов и металлов (например, цинка, железа, меди, кальция и других), поступлением металла из окружающей среды и физиологическим состоянием животных [14].

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов и микроэлементов (цинк, медь, кадмий, свинец, железо и мышьяк) в шерсти лося (M ± m), мг/кг сырого веса

Биосубстрат	Цинк	Медь	Железо	Свинец	Кадмий	Мышьяк
Волосы	167,91±12,78	8,64±0,21	61,25±2,14	2,98±0,13	0	0

В разных пробах биосубстратов отмечаются значительные колебания уровня накопления свинца, что зависит от дозы и продолжительности воздействия и может определяться отличиями в способности накапливать металл отдельными животными [5]. Он аккумулируется в организме даже при относительно низких уровнях содержания элемента в рационе и объектах окружающей среды [9]. Даже сублетальный уровень его накопления у животных может вызвать иммунологические, неврологические, биохимические и физиологические расстройства, способные влиять на иммунный ответ и воспроизводительную функцию организма [15].

Уровень накопления меди в шерсти лосей составляет 8,64±0,21 мг/кг сырого веса животного и определяется поступлением из рациона, интерференцией меди с другими микроэлементами (железо, цинк и др.) и видом животного [8].

Цинк в шерсти животных содержится в концентрации 167,91±12,78 мг/кг сырого веса, что на 16,8 % выше, чем в волосе крупного рогатого скота, где уровень накопления этого металла, в сравнении с тканями, наивысший. Его накопление определяется возрастом, полом, видом животных, концентрацией металла в окружающей среде и уровнем поступления с пищей [4].

Изменения обмена меди и цинка, отражаемые в элементном составе шерсти, однона-правлены. Процессы их обмена в организме довольно стабильны, но отмечается выраженная тенденция к повышению концентрации металлов в шерсти изучаемых лосей.

Железо в волосе лосей обнаружено в концентрациях меньших, чем цинк, что отмечается достаточно часто [4]. В шерсти животных выявлены корреляции между содержанием тяжелых металлов различной силы и направленности. Обнаружена высокая положительная связь между уровнем накопления меди и свинца (r=0,37, при p<0,05), что подтверждает исследования ряда авторов о синергическом эффекте накопления этих элементов [7].

Между уровнем накопления меди и цинка в шерсти лосей, а также свинца и железа обнаружены разнонаправленные ассоциации. Связь между цинком и медью была отрицательная (r = -0,31, при p < 0,05), а между железом и свинцом – положительная (r=0,35, при p < 0,05). Кадмий положительно коррелировал со свинцом, медью (r = 0,33 и r=0,33 соответственно, при p < 0,05) и железом (r = 0,37, при p < 0,05). Выявлена обратная связь между содержанием цинка и свинца (r = -0,35, при p < 0,05). Эти данные согласуются с экспериментальными исследованиями, которые подтвердили повышенную экскрецию цинка при воздействии повышенных концентраций свинца, а цинковый дефицит усиливает поглощение свинца [16].

Заключение. На основании проведенных исследований установлено, что волосяной покров лосей на 90 % состоит из остевых волос. Их строение в значительной степени отличается от строения волосяного покрова других животных. Мозаичное строение волоса обеспечивает им повышенную устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды, а также помогает преодолевать водные препятствия и избегать травм при передвижениях по глубокому снегу. Микроэлементный анализ шерсти животных по- казал высокие кумулятивные способности биосубстрата, составлен ранжированный ряд элементов, установлены основные закономерности их накопления.