Влияние нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков

Нефтезагрязнения оказывают комплексное негативное влияние на состояние биосистем (Карташев 2007). Нефть является сложной смесью парафиновых, циклопарафиновых, ароматических углеводородов с простыми и разветвленными цепями. Содержит соединения серы и азота, органические кислоты, микроэлементы, нафтеновые кислоты и фенольные соединения, хлороформенные битумоиды и поли-ароматические углеводороды (Кузин, Яковлев 1993). В воде нефть испаряется, растворяется, эмульгируется, окисляется, агрегируется и био-деградируется (Егоров, Шипулин 1998).

Малакофауна чувствительна к загрязнению вод токсикантами и принимает активное участие в аккумуляции и переносе химических веществ в водоемах. Сообщества моллюсков можно рассматривать в качестве биоиндикаторов изменений, происходящих в водной среде под влиянием загрязнителей (Бедова, Колупаев 1998; Романова др. 2008; Карташев 2014; Воробьев 2006). Загрязнения нефтью водоемов Западной Сибири стимулировало проведение исследований по влиянию нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков Planorbarius corneus.

Объектом исследований являлись пресноводные моллюски семейства Planorbarius corneus и их эмбриональное развитие.

Материалы и методы исследования

Исследования проводили на моллюсках семейства роговая катушка ^Planorbarius corneus} (Определитель ... 2004). Представители вида распространены в пресных водоемах Европы и Центральной Азии. Тело моллюска коническое, удлиненное. Передвижение осуществляется с помощью плоской широкой ноги. Раковина улитки достигает диаметра 3,5 см и толщины до 1 см. Форма раковины - круглая с приплюснутыми спиралями, обороты раковины лежат в одной плоскости. У катушки оплодотворение внутреннее. Оплодотворенные яйца улитки откладывают в виде клейких коконов по 20-100 яиц в каждом на листьях и стеблях водных растений. В каждом коконе личинки раз виваются синхронно. Внутри яйца зародыш проходит стадии развития: дробление, образование трохофоры, велигера, затем проходит метаморфоз и молодая улитка выходит наружу (Жадин 1952; Долгин 2009). В природе моллюски Planorbarius corneus питаются в основном водорослями и бактериями.

Исследования по влиянию нефтязагряз-нений на выживаемость и эмбриональное развитие моллюсков проводились в лабораторных условиях, на фоне естественной суточной ритмики температурного режима (22-25 °C) и освещенности. Исследования проводились на взрослых особях и икре при параллельном контроле. В качестве загрязнителя использовали сырую нефть Лугинецкого месторождения, плотность которой составляет 0,7754 г/см3. По своему составу нефть содержит: 0,3% серы общей, 0,14% массовой доли воды, 2,8% массовой доли парафина, менее 2,0 ppm массовой доли сероводорода и менее 1,0 ppm органических хлоридов.

В первой серии исследований опытная группа половозрелых моллюсков содержалась в воде с концентрацией нефти: 1 мл/л, 2 мл/л, 4 мл/л, 8 мл/л в течение 14 дней при параллельном контроле.

Во второй серии исследовались адаптации моллюсков к хроническому действию нефтезагрязнений при ежедневном внесении в опытные группы 0,5 мл/л поллютанта.

В третьей серии исследований кладки икры моллюсков помещались в чашки Петри объемом воды 25 см3 с разной концентрацией загрязнителя: 0,5 мл/л, 1 мл/л, 4 мл/л, 8 мл/л. Контролем служила кладка икры без добавления нефти. Наблюдение за развитием икринок проводилось в течение 14 дней.

В четвертой серии провели сравнение длительности эмбрионального развития при концентрации загрязнителя 0,5 мл/л кладок, отложенных в условиях предварительного загрязнения среды нефтью, и кладок, перенесенных из аквариума с хроническим загрязнением нефтью взрослых особей данной же концентрации.

Подсчет и анализ развития икры проводился с использованием цифрового микроскопа Motic DMBA 300. Ежедневно кладки икры моллюсков просматривались под микроскопом для определения стадий развития личинок.

Статистическая обработка данных наблюдений по влиянию нефти на выживаемость и эмбриональное развитие моллюсков проводилась с использованием компьютерной программы Microsoft Excel 2010.

Результаты и обсуждения

Анализ данных, представленных в таблице 1, позволяет считать, что при концентрации 1 мл/л не наблюдаются существенных изменений в поведении улиток. На 30-й минуте нефтяные пятна светло-оранжевого оттенка покрыли всю поверхность воды. При концентрации 2 мл/л на 30-й минуте вся поверхность воды покрыта нефтяной пленкой светло-оранжевого цвета. На 15-й минуте увеличилась дыхательная активность моллюсков, наблюдалось увеличение потребности в кислороде, что стимулировало их двигательную активность. Потребность в еде не была ключевым показателем, влияющим на активность. На 10-е сутки при концентрации 1 мл/л происходят незначительные изменения численности моллюсков, при концентрации 2 мл/л начиная с 3-го дня численность не изменялась (рис. 1). Значительные изменения в поведении и численности моллюсков отмечены на 2-е, 6-е и 8-е сутки.

Сравнительный анализ полученных в лабораторных условиях данных о влиянии нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков, приведенный в таблицах 2-5, при концентрациях 4,8 мл\л выявил изменения в численности и в поведении.

Таблица 1

Выживаемость пресноводных моллюсков в зависимости от концентрации нефтезагрязнений

Концентрация нефти

Смертность моллюсков (Planorbis corneus)

1-е сут.

2-е сут.

3-е сут.

4-е сут.

5-е сут.

6-е сут.

7-е сут.

8-е сут.

9-е сут.

10-е сут.

11-е сут.

12-е сут.

13-е сут.

14-е сут.

Контроль (0 мл/л)

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

1 мл/л

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

6±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

2 мл/л

6±1

6±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

5±1

4 мл/л

5±1

4±1

4±1

4±1

4±1

3±1

3±1

3±1

3±1

2±2

2±2

2±1

2±1

1±2

8 мл/л

5±2

3±2

1±1

1±1

1±1

1±1

1±1

0

0

0

0

0

0

0

Таблица 2

Изменения в поведении моллюсков в первые сутки после внесения нефти: 4 мл/л и 8 мл/л

Концентрация	Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений
Контроль (0 мл/л)	Повышенная активность, крепкое сцепление со стенками аквариума, поиск пузырьков воздуха в верхней толще воды, фильтрация воды, свободное передвижение, обособленность видов.
4 мл/л	Слабовыраженная активность, слабое сцепление со стеклом, пребывание в донной толще. Через 15 минут после действия нефти повышается дыхательная и двигательная активность. В поисках кислорода моллюски группируются и выползают на поверхность воды и распределяются по всей толще. Через час наблюдений активность моллюсков снижается. У некоторых особей отмечено покраснение мантии.
8 мл/л	У 40% улиток наблюдается выпадение и покраснение мягких тканей из раковины через 15 минут, через 30 минут ткани возвращаются в раковины до полного закрытия. Остальные особи обособлены друг от друга и собирают пузырьки с воздухом. Через 30 минут активность остальных 60% улиток снижается до минимума.

■ контроль

■ 1мл/л

■ 2мл/л

■ 4 мл/л

■ 8 мл/л

Рис. 1. Выживаемость пресноводных моллюсков в зависимости от концентрации нефтезагрязнений

Анализ данных, представленных в таблице 2, позволяет считать, что при концентрации нефти в воде 4 мл/л наблюдается повышение потребности в кислороде, что стимулирует их двигательную активность. Потребность в еде не была ключевым показателем, влияющим на активность. При концентрации 8 мл/л отмечается снижение двигательной активности и выпадение из раковин мягких тканей моллюсков, что свидетельствует о необратимых изменениях физиологических процессов.

Анализ данных, представленных в таблице 3, свидетельствует о том, что при концентрации нефти 4 мл/л происходит снижение двигательной активности. Постоянное пребывание в верхних слоях воды является показателем нехватки кислорода. Зафиксировано ЛД50 при концентрации 8 мл/л на вторые сутки исследования.

Анализ данных, приведенных в таблице 4, показывает, что при концентрации 4 мл/л улитки испытывают дефицит кислорода. Токсическое влияние нефти проявляется в закрытии створок раковины. При концентрации 8 мл/л мягкие ткани моллюсков частично или полностью отделены от раковины, что свидетельствует о гибели организмов.

На восьмые сутки нефть с концентрацией 8 мл/л привела к гибели всех моллюсков (табл. 5).

Необходимо отметить, что при попадании моллюсков в токсичную среду, наблюдается развитие стрессовой реакции, проявляющейся в плотном закрытия створок раковины.

При постепенном хроническом внесении нефти исследовалась адаптация моллюсков к нефтезагрязнениям (рис. 2).

Результаты постепенного увеличения концентраций нефти на 0,5 мл/л за сутки, представленные на рисунке 2, свидетельствуют о развитии адаптивных реакций в течение 3-х суток. Элиминация неадаптированных особей происходила на 4-е сутки после внесения нефти. При постепенном повышении концентраций нефти увеличивается период выживаемости моллюсков. Вымирание особей наблюдается только на 7-е сутки. Гибель всех особей отмечается на 10-е сутки без внесения дополнительного количества нефти. Следовательно, при постепенном внесении нефти влияние на организм моллюсков менее токсично, чем при изначально высокой концентрации.

Таблица 3

Изменения в поведении моллюсков на вторые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л

Концентрация	Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений
Контроль (0 мл/л)	Изменения в поведении не отмечены.
4 мл/л	Группирование парами, слабая активность, снижение количества экскрементов. Часть моллюсков питаются растительностью, загрязненной нефтью, на поверхности водной толщи, другие остаются на дне аквариума.
8 мл/л	У 50% особей наблюдается выпадение тканей из раковины, нет признаков жизни. Отмечены следы на кромке нефти, оставленные улитками в процессе поиска кислорода. Экскременты не наблюдаются.

Таблица 4

Изменения в поведении моллюсков на шестые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л

Концентрация	Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений
Контроль (0 мл/л)	Изменения в поведении не отмечены.
4 мл/л	Признаки жизни отмечаются у 50% особей, которые перемещаются на поверхности воды с закрытыми крышечками раковины обособленно друг от друга. Низкая двигательная активность. Часть улиток с закрытыми створками на дне.
8 мл/л	У большинства особей мягкие ткани полностью отделены от раковины. Особи находятся на дне, реакция заторможенная.

Таблица 5

Изменения в поведении моллюсков на восьмые сутки после нефтезагрязнений: 4 мл/л и 8 мл/л

Концентрация	Поведенческие реакции моллюсков при действии нефтезагрязнений
Контроль (0 мл/л)	Изменения в поведении не отмечены. Наблюдается большее количество экскрементов, чем у моллюсков с загрязненной водой.
4 мл/л	Состояние улиток критическое, находятся обособленно друг от друга на дне аквариума и передвигаются с низкой двигательной активностью. Наблюдается осаждение нефтяной пленки с растительностью.
8 мл/л	Вымирание всех особей.

Сутки

Рис. 2. Выживаемость моллюсков при ежедневном внесении 0,5 мл/л нефти,%

Проведено две серии исследований влияния нефтезагязнений на онтогенез моллюсков. В первой серии опытов определялись границы возможных для онтогенеза моллюсков концентраций нефти, во второй серии исследовались концентрации нефти в области толерантности онтогенеза моллюсков.

Результаты первой серии исследований представлены в таблице 6 и позволяют заметить, что онтогенез моллюсков сохраняется при концентрации нефти 0,5 мл/л. При повышении концентрации нефти в водной среде развитие

Результаты исследования длительности эмбрионального развития моллюсков в области концентрации нефти: 0,5 мл/л, 1 мл/л, 4 мл/л и 8 мл/л представлены в таблице 7.

Анализ полученных данных позволяет заметить, что концентрация нефти 0,5 мл/л не оказывает существенного влияния на длительность развития эмбрионов. Концентрация нефти 1 мл/л замедляет процесс развития эмбриона на стадиях эмбриогенеза. Концентрации нефти 4 мл/л и 8 мл/л являются критичной для развития эмбриона.

моллюсков замедляется и прекращается.

Таблица б

Влияние нефтезагрязнений на эмбриональное развитие моллюсков при различной концентрации

Концентрация загрязнителя	Образование трохофоры	Образование велигера	Оседание в яйце	Выход молоди из яйца
Контроль (0 мл/л)	+	+	+	+
0,5 мл/л	+	+	+	+
1 мл/л	+	+	—	—
4 мл/л	+	—	—	—
8 мл/л	+	—	—	—

Таблица 7

Длительность развития стадий онтогенеза при различных концентрациях нефтезагрязнений

Концентрация загрязнителя	Сутки (24 ч.)
	Образование трохофоры	Образование велигера	Оседание в яйце	Выход молоди из яйца
Контроль (0 мл/л)	4±1	5±1	9±1	14±1
0,5 мл/л	3±1	6±1	9±1	14±1
1 мл/л	4±1	7±1	0	0
4 мл/л	4±1	0	0	0
8 мл/л	3±1	0	0	0

Примечание. Х± - среднестатистические значения длительности стадий развития с 95% уровнем достоверности.

Таблица 8

Длительность эмбрионального развития моллюсков при концентрации нефти 0,5 мл/л

Концентрация загрязнителя	Общая плодовитость		Выход молоди
	Число яиц в кладке	Пустые капсулы	Шт.	%
Контроль (0 мл/л)	16	1	14	87,5
0,5 мл/л	19	2	16	84,21
0,5* мл/л	17	4	9	52,94

Примечание. * Кладка перенесена из аквариума с хроническим загрязнением нефтью взрослых особей данной же концентрации.

Исследовалось эмбриональное развитие моллюсков, кладки которых были отложены в нефтезагрязненных условиях. Анализ данных, представленных в таблице 8, отражает зависимость длительности эмбрионального развития от концентраций нефти. В контрольных условиях из 16 отложенных капсул на 17-й день было выведено 13 моллюсков. Концентрация нефти, равная 0,5 мл/л, не оказала влияние на период развития моллюсков: как и в контрольной кладке, первый выход молодых моллюсков наблюдается на 17-й день.

При хроническом влиянии нефти на моллюсков процесс развития от нереста до выхода из кладки личинки отличался: из всей кладки (17 икринок) 4 капсулы оказались пустыми. По окончанию формирования эмбриона жизнеспособными остались 9 особей. Следует отметить, что количество отложенных кладок и число содержащихся в них капсул меньше контрольных. Интервал между кладками затянут на 7-10 дней по сравнению с контролем. Различие кладок 0,5 мл/л и 0,5 мл/л*, вероятно, вызвано повышенной уязвимостью личинок при хроническом влиянии нефти.

На основании проведенных исследований о влиянии нефтезагрязнений на пресноводных моллюсков можно сделать следующие выводы:

• 1.    При нефтезагрязнениях изменяется поведение моллюсков.

• 2.    В качестве защитной к нефти стресс-реакции можно рассматривать плотное закрытие створок раковин моллюсков.

• 3.    Выживаемость моллюсков Planorbis corneas в загрязненной нефтью воде изменяется в зависимости от концентрации внесения. Максимальное токсическое влияние оказывает нефть с концентраций 8 мл/л, приводящая к гибели 50% моллюсков на 2-е сутки.

• 4.    При постепенном увеличении концентрации нефти моллюски адаптируются к неблагоприятным условиям.

• 5.    Выявлена возрастная устойчивость моллюсков к нефтезагрязнениям: к токсическому влиянию нефти наиболее устойчивы взрослые особи, наименее устойчивы - эмбриональные стадии развития.

• 6.    Концентрация 0,5 мл/л не вызывала существенных изменений в онтогенезе моллюсков. При концентрации нефти 1 мл/л выявлено снижение плодовитости и торможение на всех стадиях эмбриогенеза. Концентрация нефти 8 мл/л приводит к летальности эмбрионов и взрослых моллюсков.