СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ В МЫШЦАХ ГИДРОБИОНТОВ КАСПИЙСКОГО МОРЯ
Журнал: ВЕСТНИК АСТРАХАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: РЫБНОЕ ХОЗЯЙСТВО
№ 2
, 2016
Рубрики: ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ ГИДРОБИОНТОВ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
(кандидат биологических наук, доцент; доцент кафедры гидробиологии и общей экологии)
2.
Астраханский государственный технический университет
(доктор сельскохозяйственных наук, профессор; заведующий кафедрой гидробиологии и общей экологии)
3.
Астраханский государственный технический университет
(кандидат биологических наук; доцент кафедры гидробиологии и общей экологии)
Тип:
Статья
Страницы:
с 108
по 114
Статус:
Опубликован
Получено:
05.06.2016
Одобрено:
25.06.2016
Опубликовано:
25.06.2016
Классификаторы:
УДК 574.2
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
килька, вобла, русский осетр, персидский осетр, каспийский тюлень, зоопланктофаги, бентофаги, хищник, ртуть, биоаккумуляция
Аннотация (русский):
Целью исследования являлось определение уровня содержания ртути в мышцах различных видов рыб Каспийского моря, относящихся к различным экологическим группам: зоопланктофаги - килька ( Clupeonella cultriventris caspia Svetovidov), бентофаги - вобла ( Rutilus rutilus caspicus Jakowlew), русский и персидский осетры ( Acipenser gueldenstaedtii Brandt и Acipenser persicus Borodin); хищники - сельдь ( Alosa kessleri kessleri Grimm), а также каспийского тюленя ( Phoca caspica Gmelin), который занимает вершину трофической пирамиды на Каспии, вследствие чего по состоянию его популяции можно судить о благополучии всей экосистемы. Показано, что в трофической пирамиде на более высоком трофическом уровне пищевой цепи уровень биоаккумуляции ртути был выше. Среди исследованных видов гидробионтов наименьшую концентрацию ртути в мышцах имела килька. Максимальный уровень содержания ртути, по сравнению с рыбами, питающимися планктоном или бентосом, был отмечен в мышцах сельди - в 2,7; 1,88 и 1,39 раза выше, чем в мышцах воблы, русского и персидского осетра соответственно. В случае с килькой, которая является одним из основных объектов питания сельди, уровень аккумуляции ртути мышцами черноспинки был выше более чем в 6 раз. Наибольший уровень концентрации ртути в мышечной ткани по сравнению с другими гидробионтами был зафиксирован у каспийского тюленя. Установлено, что концентрации ртути в мышцах исследованных видов гидробионтов невелики и не превышают норм, установленных в России.
Целью исследования являлось определение уровня содержания ртути в мышцах различных видов рыб Каспийского моря, относящихся к различным экологическим группам: зоопланктофаги - килька ( Clupeonella cultriventris caspia Svetovidov), бентофаги - вобла ( Rutilus rutilus caspicus Jakowlew), русский и персидский осетры ( Acipenser gueldenstaedtii Brandt и Acipenser persicus Borodin); хищники - сельдь ( Alosa kessleri kessleri Grimm), а также каспийского тюленя ( Phoca caspica Gmelin), который занимает вершину трофической пирамиды на Каспии, вследствие чего по состоянию его популяции можно судить о благополучии всей экосистемы. Показано, что в трофической пирамиде на более высоком трофическом уровне пищевой цепи уровень биоаккумуляции ртути был выше. Среди исследованных видов гидробионтов наименьшую концентрацию ртути в мышцах имела килька. Максимальный уровень содержания ртути, по сравнению с рыбами, питающимися планктоном или бентосом, был отмечен в мышцах сельди - в 2,7; 1,88 и 1,39 раза выше, чем в мышцах воблы, русского и персидского осетра соответственно. В случае с килькой, которая является одним из основных объектов питания сельди, уровень аккумуляции ртути мышцами черноспинки был выше более чем в 6 раз. Наибольший уровень концентрации ртути в мышечной ткани по сравнению с другими гидробионтами был зафиксирован у каспийского тюленя. Установлено, что концентрации ртути в мышцах исследованных видов гидробионтов невелики и не превышают норм, установленных в России.
Ключевые слова:
килька, вобла, русский осетр, персидский осетр, каспийский тюлень, зоопланктофаги, бентофаги, хищник, ртуть, биоаккумуляция
килька, вобла, русский осетр, персидский осетр, каспийский тюлень, зоопланктофаги, бентофаги, хищник, ртуть, биоаккумуляция
Введение Каспийское море - уникальный внутренний бессточный водоем, в котором происходят накопление и трансформация поллютантов. Наибольший объем загрязняющих веществ поступает в море с речными стоками, которые привносят основную массу тяжелых металлов. Загрязнение морской среды является одной из причин, угрожающей сохранению биологического разнообразия в Каспийском бассейне. Среди тяжелых металлов ртуть относится к элементам с высокой степенью токсичности. В связи с нарастающим уровнем загрязнения водоемов ртутью наиболее серьезной проблемой является ее способность накапливаться в живых организмах, при этом уровень аккумуляции элемента повышается по пищевой цепи [1]. В водной среде микроорганизмы способствуют преобразованию неорганической ртути в высокотоксичную метиловую ртуть. Содержащаяся в бактериальной биомассе ртуть поглощается зоопланктоном, который, в свою очередь, служит пищей для молоди рыб или (после отмирания) бентосных организмов. Так, в органической взвеси на метилированную ртуть приходится 11 %, в зоопланктоне - 18 %, в пелагических рыбах - 95 % [2]. Таким образом, по мере продвижения по звеньям трофической цепи в организме гидробионтов увеличивается общее содержание ртути и доля метилированной ртути. По данным A. G. Heath [3], около 95 % метиловой ртути поглощается жабрами, выделяется менее 1 %, более 90 % ртути находится в организме рыбы в форме метилртути. Ртуть в организме рыб в наибольшем количестве способна аккумулироваться в печени и в мышечной ткани. В то же время, по мнению В. Т. Комова [4], содержание ртути в мышцах исследованных им рыб было выше, чем в печени. Именно поэтому изучение содержания ртути в вышеуказанных органах способствует выявлению загрязнения водоемов этим тяжелым металлом. Тюлень, питающийся разнообразными водными животными, в том числе рыбой, занимает вершину трофической пирамиды на Каспии, поэтому по состоянию этой популяции можно судить о благополучии всей экосистемы. Кроме того, рыба является источником пищи для человека, а в Астраханском регионе она является одним из основных ресурсов потребления. Аккумулируясь в тканях и органах рыб в концентрациях, превышающих предельно установленные нормы, ртуть представляет опасность для здоровья человека. В связи с этим целью исследования являлось определение уровней содержания ртути в мышцах гидробионтов Каспийского моря, относящихся к различным экологическим группам: зоопланктофаги - килька (Clupeonella cultriventris caspia Svetovidov), бентофаги - вобла (Rutilus rutilus caspicus Jakowlew), русский осетр (Acipenser gueldenstaedtii Brandt), персидский осетр (Acipenser persicus Borodin), хищники - сельдь (Alosa kessleri kessleri Grimm), каспийский тюлень (Phoca caspica Gmelin). Материалы и методы исследования Образцы проб органов и тканей рыб и каспийского тюленя были получены в результате экспедиций с 2011 по 2014 г. Определение тяжелых металлов в мышечной ткани гидробионтов было проведено на атомно-абсорбционном спектрометре РА-915+ (ООО НПФ «Люмэкс) с зеемановской компенсацией неселективных поглощений с приставкой РП-91 С по методикам [5, 6]. Для характеристики уровня содержания ртути в органах и тканях полученные концентрации сравнивали с соответствующими санитарно-гигиеническими нормативами по СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов». Санитарно-гигиенические нормативы РФ по содержанию ртути (ПДК ртути) в морских рыбах для пищевых продуктов составляют 0,5 мг/кг сырой массы; ПДК ртути в морских млекопитающих - 1,0 мг/кг сырого вещества [7]. Результаты исследований и их обсуждение Среди исследованных видов гидробионтов наименьшую концентрацию ртути в мышцах имела килька (0,018 мг/кг) (табл.). Это объясняется тем, что килька в экосистеме Каспийского моря является зоопланктофагом и питается различными планктонными ракообразными. Кроме того, она относится к короткоцикличным рыбам и продолжительность ее жизни составляет около шести лет [8]. Накопление ртути в мышцах гидробионтов Каспийского моря Виды рыб Hg, мг/кг сырой массы Килька (Clupeonella cultriventris caspia) 0,018 ± 0,004 Вобла (Rutilus rutilus caspicus) 0,046 ± 0,012 Русский осетр (Acipenser gueldenstaedtii) 0,065 ± 0,017 Персидский осетр (Acipenser persicus) 0,088 ± 0,023 Сельдь-черноспинка (Alosa kessleri kessleri) 0,122 ± 0,024 Каспийский тюлень (Phoca caspica, Gmelin) 0,858 ± 0,27 Большее, чем у кильки накопление ртути в мышцах наблюдалось у бентофагов. Так, среди этой экологической группы наименьший уровень значений был отмечен у воблы (0,046 мг/кг). Возможно, это обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, спецификой мест их обитания (вобла обитает в Каспийском море на глубинах до 6 м, осетры - до 130 м). По мнению Т. И. Моисеенко с соавт. [1], условия среды мест обитания и химический состав вод (в особенности содержание органического вещества и рН воды) оказывают существенное влияние на накопление металла органами и тканями гидробионтов. Во-вторых, осетры, помимо бентоса, своей излюбленной пищи, способны потреблять и мелкую рыбу (бычки и кильки) [7]. Таким образом, осетры, являясь бентофагами, способны частично занимать трофический уровень хищников. Накопление ртути в мышцах воблы было ниже, чем в мышцах русского и персидского осетров в 1,4 и 1,9 раза соответственно. Сравнивая уровень содержания ртути в мышцах двух видов осетров, можно отметить, что исследуемый показатель был выше у персидского осетра - 0,065 и 0,088 мг/кг соответственно. Причиной этому являются видовые особенности рыб, т. к. накопление ртути имеет видовую специфичность, обусловленную, возможно, разницей в темпах линейного и весового роста и связанными с ней обменными процессами. По мнению Н. Т. Комова с соавт., интенсивность линейного роста рыб - существенный биологический фактор, который способен влиять на накопление ртути [4]. При этом низкий темп роста рыб является причиной ее аккумуляции в больших количествах [9, 10]. Таким образом, у рыб с низким темпом роста способность к аккумуляции ртути должна быть выше, чем у рыб с высоким темпом роста. Однако в нашем случае персидский осетр, имея более высокий темп линейного и весового роста, аккумулирует более высокие количества ртути в мышцах. Указанное положение не подтвердилось также результатами исследований, проведенными ранее Т. Б Камшиловой с соавт. [11] на окуне. Максимальный уровень накопления ртути среди рыб был отмечен в мышцах хищников. Так, значение биоаккумуляции ртути у хищной сельди составляло 0,122 мг/кг. Известно, что хищничество способствует более интенсивному накоплению металла. Так, например, в работе Н. В. Лобуса с соавт. [12] было показано, что хищники в водоемах Вьетнама (Channa gachua, Channa striata, Xenetodont cancila) содержат большее количество ртути в организме по сравнению с мирными видами рыб (Oreochromis niloticus, Mystacoleucus marginatus). Содержание ртути в рыбах, являющихся по типу питания хищниками, было выше, чем у планктофагов или бентофагов и в результатах исследований озера Оногадо (штат Нью-Йорк, США), которое ранее было подвержено ртутному загрязнению. В частности, A. G. Heath [3] отмечено повышение концентрации ртути в организме от фитопланктона и беспозвоночных к рыбам. При этом способность к биологической аккумуляции ртути живыми объектами возрастала с более высоким трофическим уровнем в пелагическом и бентосном компонентах пищевой сети. Наибольший уровень концентрации ртути в мышечной ткани по сравнению с другими гидробионтами был зафиксирован у каспийского тюленя (0,858 мг/кг). Известно, что преобразованная микроорганизмами неорганическая ртуть в виде высокотоксичной метиловой ртути наиболее интенсивно поглощается тканями и оседает в жировых клетках [2]. В связи с этим целесообразно было бы указать концентрацию ртути в подкожно-жировой клетчатке у каспийского тюленя - обладателя наибольшего количества ртути в мышцах по сравнению с другими изученными объектами. Так, значение биоаккумуляции ртути подкожно-жировой клетчаткой составляло 0, 084 мг/кг сырой массы, что в 10 раз меньше, чем в мышцах. Столь низкий уровень накопления ртути жировой тканью можно оправдать тем, что она не обладает свойством избирательно накапливать ртуть, поэтому эта ткань является одним из депо ртути в организме с ненасыщенной и относительно незначительной емкостью, на что ранее указывал А. М Малов с соавт. в отношении крыс [13]. По содержанию ртути в мышцах исследованные гидробионты располагаются в следующем убывающем порядке: каспийский тюлень > сельдь > персидский осетр > русский осетр > > вобла > килька. Вышеприведенные данные позволяют утверждать, что аккумуляция ртути является видовой особенностью рыб. Ранее на видовую специфичность накопления ртути в организмах рыб указывали Н. А. Гашкина с соавт. [2] в отношении сига, кумжи, леща, окуня и щуки. Способность к биоаккумуляции ртути зависит от видовых физиологических особенностей рыб и факторов среды различных экологических ниш, которые занимают эти виды. Нами было выявлено, что в мышцах сельди содержание ртути выше, чем в бентофагах (в 2,7; 1,88 и 1,39 раза в вобле, русском и персидском осетрах соответственно). В случае с килькой, которая является одним из основных объектов питания сельди, уровень аккумуляции ртути мышцами черноспинки был выше более чем в 6 раз. Для хищников ключевое значение имеет величина содержания ртути в пище. Как правило, содержание ртути в хищнике в 5 раз больше, чем в объектах его питания [4]. Аккумуляция токсического элемента мышцами у тюленя была в 7 раз выше таковой у сельди, которая является его излюбленной пищей [8], и в 47 раз больше, чем у кильки, имеющей наименьший уровень концентрации ртути на фоне других объектов исследования. Ниже представлена схема накопления ртути в некоторых звеньях трофической цепи (рис.). В данном случае концентрация ртути в планктофаге - кильке была принята за единицу. Коэффициенты накопления ртути у осетровых видов рыб ниже, чем у сельди, т. к. они являются прежде всего бентофагами, иногда потребляющими кильку, и поэтому лишь отчасти хищниками. У сельди высокий коэффициент накопления ртути мышечной тканью обусловлен исключительно хищным образом жизни. Каспийский тюлень, занимая высший трофический уровень, имел наибольший коэффициент накопления металла. Столь высокое значение этого показателя можно объяснить несколькими причинами: хищничество (основной рацион тюленей составляла хищная сельдь); продолжительность жизни (средний возраст нерп составлял 10 лет); большие размеры (средние вес особей 51 кг). Каспийский тюлень × 47 × 7 (если за единицу принять аккумуляцию ртути мышцами сельди) Хищник, высшее трофическое звено Коэффициенты накопления ртути в некоторых звеньях трофической цепи У исследованных видов рыб по трофологическому признаку продемонстрирована четкая зависимость накопления ртути в мышцах рыб от типа питания. С повышением занимаемого положения в трофической пирамиде у живых объектов происходило достоверное возрастание содержания металла (r = 0,96). Вероятно, это связано с тем, что ртуть образует очень стойкие ртутьорганические комплексы, вытесняя из биологических молекул практически все другие металлы. Это свойство ртути обусловливает необратимое возрастание ее концентрации при переходе по трофической цепи от организмов низших звеньев к высшим. Заключение Таким образом, в ходе исследований еще раз показано, что биоаккумуляция ртути возрастала с более высоким трофическим уровнем пищевой цепи. Выявлено также, что концентрации ртути в мышцах исследованных видов гидробионтов невелики и не превышают норм, установленных в России (для морских рыб - 0,5 мг/кг сырой массы, для каспийского тюленя - 1,0 мг/кг сырой массы). Возможно, причиной этому является устоявшееся мнение о меньшей степени загрязнения морских экосистем по сравнению с водными экосистемами суши [14]. В. Т. Комов с соавт. [14] отметили, что интенсивность метилирования ртути снижается с повышением солености воды, т. к. в результате образуются устойчивые ковалентные соединения с ионами хлора. При этом рыбы и другие виды гидробионтов поглощают органические формы ртути в первую очередь. Процесс накопления металла в морской рыбе ограничивают повышенная соленость, щелочность и более низкие значения среднегодовой температуры воды. Таким образом, необходимо отметить, что Каспийское море не подвержено значительному загрязнению ртутью, благодаря процессам самоочищения в экосистеме, в частности саморегуляции химического состава вод. Тем не менее содержание ртути в рыбе и в каспийском тюлене из российских водоемов на уровне ПДК в настоящее время представляется небезобидным, поскольку негативный эффект этого металла в малых дозах на здоровье человека неоднократно документально подтверждался в научной литературе [15, 16].
1. Моисеенко Т. И. Рассеянные элементы в поверхностных водах суши: Технофильность, биоаккумуляция и экотоксикология / Т. И. Моисеенко, Л. П. Кудрявцева, Н. А. Гашкина. М.: Наука, 2006. 261 с.
2. Гашкина Н. А. Биоаккумуляция ртути в организмах рыб в водоемах Европейской части России / Н. А. Гашкина, Т. И. Моисеенко, Л. П. Кудрявцева // Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты. Материалы Междунар. симпоз. (Москва, 7-9 сентября 2010 г.). М.: ГЕОХИ РАН, 2010. С. 258-263.
3. Heath A. G. Water pollution and fish physiology / A. G. Heath. London, Lewis Publ., 2002. 506 p.
4. Комов Н. Т. Содержание ртути в мышцах рыб из водоемов Северо Запада России: причины интенсивного накопления и оценка негативного эффекта на состояние здоровья людей / Н. Т. Комов, И. К. Степанова, В. А. Гремячих // Актуальные вопросы водной токсикологии. Борок: ИБВВ РАН, 2004. С. 99-123.
5. Методика выполнения измерений массовой доли общей ртути в пробах почв, грунтов и донных отложений на анализаторе ртути РА-915+ с приставкой РП-91С. ПНД Ф 16.1:2.23-2000.
6. Методические указания по определению ртути, мышьяка, сурьмы и селена с использованием ртутно-гидридного генератора «ГРГ-107». М.: ООО «Кортэк», 2004. 45 с.
7. Санитарные правила и нормы. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2. 560-96. М.: Госкомэпиднадзор России, 1996. 269 с.
8. Иванов В. П. Рыбы Каспийского моря (Систематика, биология, промысел) / В. П. Иванов, Г. В. Комарова. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2008. 256 с.
9. Vetra M. Changes in fish mercury concentrations in an intensively fished lake / M. Vetra // Can. J. Fish. Aguat. Sci. 1990. No. 47. P. 1888-1897.
10. Suns K. Interrelationships between mercury levels in yearling yellow perch, fish condition and water guality / K. Suns, G. Hitchin // Water Air Soil Pollut. 1990. No. 650. P. 255-265.
11. Камшилова Т. Б. Содержание ртути и скорость роста окуня Perca fluviatilis из озер Волгоградской области / Т. Б. Камшилова, В. Т. Комов, В. А. Гремячих // Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты. Материалы Междунар. симпоз. (Москва, 7-9 сентября 2010 г.). М.: ГЕОХИ РАН, 2010. С. 277-281.
12. Лобус Н. В. Содержание ртути в компонентах экосистем водоемов и водотоков провинции Кхань Хоа (Центральный Вьетнам) / Н. В. Лобус, В. Т. Комов, Нгуен Тхи Хай Тхань // Водные ресурсы. 2011. Т. 38, № 6. С. 733-739.
13. Малов А. М. Распределение ртути в некоторых органах и тканях крыс / А. М. Малов, В. К. Сибиряков, Е. В. Семенов // Токсикол. вестн. 2009. № 5. C. 9-14.
14. Комов B. Т. Сравнительное содержание ртути в мышцах рыб водоемов севера европейской России (Кандалакшский залив Белого моря) / B. Т. Комов, В. А. Гремячих, П. Н. Ершов // Биологические ресурсы Белого моря и внутренних водоемов Европейского Севера. Петрозаводск: ПТУ, 2009. С. 289-291.
15. Myers G. J. Main neurodevelopmental study of Seychellois children following in utero exposure to methylmercury from a maternal fish diet: outcome at six months / G. J. Myers, D. Marsh, P. Davidson, С. Cox, C. Shamlaye, M. Tanner, A. Choi, E. Cernichiari, O. Choisy, T. Clarkson // Neurotoxicology. 1995. Vol. 16. P. 653-664.
16. Myers G. J. Neurodevelopmental outcomes of Seychellois children sixty-six months after in utero exposure to methylmercury from a maternal fish diet: pilot study / G. J. Myers, P. W. Davidson, C. Cox, C. F. Shamlaye, M. A. Tanner, O. Choisy, J. Sloane-Reeves, D. O. Marsh, E. Cernichiari, A. Choi, M. Berlin, T. W. Clarkson // Neurotoxicology. 1995. Vol. 16. P. 639-652.
