THE IMPACT OF OIL POLLUTION ON FRESHWATER MOLLUSCS

Full Text

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 полиароматические углеводороды (Кузин, Яковлев 1993). В воде нефть испаряется, растворяется, эмульгируется, окисляется, агрегируется и биодеградируется (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 развиваются 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 нефтязагрязнений на выживаемость и эмбриональное развитие моллюсков проводились в лабораторных условиях, на фоне естественной суточной ритмики температурного режима (22-25 °С) 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 c 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 Рис. 1. Выживаемость пресноводных моллюсков в зависимости от концентрации нефтезагрязнений 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. 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. 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 моллюсков замедляется и прекращается. 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. Таблица 6 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 corneus 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.

About the authors

A. G. Kartashev

Tomsk state University of control systems and Radioelectronics

Doctor of Biological Sciences (Grand PhD), Professor of Department of Radio electronic technologies and environmental monitoring

A. P. Skorupa

postgraduate student of the Department of radio electronic technologies and environmental monitoring of Tomsk state University of control systems and Radioelectronics

V. I. Kochetkova

postgraduate student of the Department of Radio electronic Technologies and Environmental Monitoring of Tomsk state University of control systems and Radioelectronics

References

Supplementary files