Влияние абиотических факторов на фильтрационную активность пресноводных двустворчатых моллюсков

Г.Т.Куандыкова., Л.О Укибаева, Куандыкова Э.Т., Мауленкулова А., Тасболат А.

Таразский государственный университет имени М.Х.Дулати

Бурное развитие химического производства, химизация сельского хозяйства, развитие водного транспорта приводит к возрастающему загрязнению внутренних водоёмов промышленными и коммунально-бытовыми стоками, что представляет собой серьёзную угрозу для всего живого. Одними из самых опасных веществ для загрязнения воды являются синтетические моющие средства и входящие в их состав поверхностно-активные вещества. При хроническом сбросе в водоёмы сточных вод, содержащих эти компоненты, возникает контакт живых организмов с новыми чуждыми их природе компонентами среды. Животные реагируют на них различными физиологическими реакциями, в результате которых возникают сильные отклонения от норм, вплоть до постепенного вымирания видов.

Антропогенное воздействие человека на водотоки становиться всё более многообразным. Зарегулирование рек, поступление в них промышленных и бытовых сточных вод, а так же стоков с сельскохозяйственных угодий в значительной степени оказывают отрицательное влияние на их флору и фауну, вызывая не только перестройку структурных сообществ, но и изменение экологии гидробионтов.

Необходимость индексации этих выбросов, равно как и любых других очевидна. Поэтому актуальность работ по исследованию токсических воздействий на физиологические параметры живых организмов, не вызывает сомнений.

Водные сообщества способны сами справляться с внешними помехами, выступая как саморегулирующая система. Поэтому представляет особое значение роль организмов участвующих в самоочищении водоёмов.

Важная роль моллюсков-фильтратов в этом хорошо известна. Известно так же, что двустворчатые моллюски весьма чувствительны к влиянию различных факторов окружающей среды.

В связи с вышесказанным целью нашей работы явилось изучение влияние абиотических факторов на фильтрационную активность пресноводных двустворчатых моллюсков.

Согласно цели работы были поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать данные литературы по биологии двустворчатых моллюсков рода Anodonta

2. Изучить методы исследования влияния химических веществ на скорость фильтрации моллюсков.

3. По данным литературы изучить классификацию СМС и СПАВ, область их применения, свойства.

4. Влияние различных химических веществ, в том числе и СМС и СПАВ на фильтрационную активность моллюсков.

Вид Anadonta stagnatis имеет следующее систематическое положение:

Тип: Моллюски Mollusca

Класс: Пластиножаберные Lamellibranchia или Двустворчатые Bivalvia

Отряд: Настоящие пластинчатожаберные Eulamellibranchia

Семейство: Униодиды Uniodidae

Род: Беззубки Anadonta

Тело беззубки продолговатое, более или менее сплюснутое с боков и билатерально симметричное. Голова редуцирована, так что тело состоит из туловища и ноги. На переднем конце туловища лежит рот, на заднем порошица. Между ними на брюшной стороне туловища выдаётся нога. Тело покрыто мантией, которая свешивается с боков в виде двух мантийных складок. Между складками и телом остаётся мантийная полость, в которую помещается нога и жабры.

С боков тело прикрывают створки, на спинной стороне тела они связаны между собой лигаментом.

Большинство видов семейства Uniodidae питается детритом (72%) в меньшей степени используется диатомеи и зелёные водоросли (14%).

Двустворчатые моллюски в связи с особым строением их тела относятся к специализированной группе животных, приспособленных к питанию при помощи довольно совершенного отфильтровывающего и сортирующего аппарата, состоящего из ресничного механизма жабр и околоротовых лопастей.

Ресничный аппарат жабр способствует разделению пищевых частиц по размерам и направляет пищевую массу в пищевые бороздки и далее к ротовым лопастям. Ротовые лопасти снабжены рядами поперечных бороздок с ресничками, двигаясь к которым пищевая масса попадает в ротовое отверстие, а более крупные частицы, не пригодные для питания, попадают в мантию. Ресничками мантийных краёв частицы собираются к основанию выводного сифона; по мере продвижения они склеиваются, уплотняются и в виде так называемых псевдофекалий выбрасываются наружу.

Количество воды, пропускаемое моллюсками, может быть меньше, чем то, которое осветляется ими в результате коагуляции взвесей, выделяемой в воду слизью№..ко от изменения химического состава среды зависит способность двустворчатых моллюсков менять периодичность и продолжительность фильтрационной активности. Также моллюски могут периодически закрывать створки раковин и в зависимости от трудноучитываемых эндогенных факторов, связанных с периодичностью обменных процессов. На реакцию моллюсков, кроме токсикантов, оказывает влияние ряд факторов внешней среды. Наиболее существенные из них - температура воды, содержание растворённого кислорода, активная реакция и количество взвешенных веществ.

Оптимальные параметры тестируемой воды находятся в следующих пределах: 12^о - 25^о С; содержание растворённого кислорода - не ниже 4 мг О₂/л; рН в пределах от 7,0 до 8,5; содержание взвешенных веществ не более 3 мг/л. Исследованиями установлено, что при благоприятных условиях количество особей с закрытыми створками не превышает 35% от их обшего числа. В связи с этим показателем токсичности среды (наличия в воде ионов меди, кадмия, цинка, ртути, свинца, органических соединений ПАВ, формальдегида, аммиака, n-нитрофенола, Я-нафтола, активного хлора и ряда других соединений) может являться увеличение относительного числа моллюсков с открытыми створками до 70% и более. Таким образом, результатом внезапного изменения условий среды является закрытие створок и отсутствие активной фильтрации у моллюсков, что приводит к снижению очищения воды от взвешенных частиц.

Незначительное содержание в воде водоёмов ПАВ (десятые доли мг/л) приводит к образованию на их поверхности пены, что вызывает нарушение кислородного режима водоёма, создаёт неблагоприятные условия для развития флоры и фауны.

При наличии пены ухудшается аэрация воды, вследствие чего замедляются процессы самоочищения и угнетения жизнедеятельности гидробионтов.

В настоящее время в быту и промышленности широко используются синтетические моющие средства (СМС). В состав коммерческих СМС обычно входят одна или более групп синтетических поверхностно-активных агентов (СПАВ), несколько связывающих компонентов, а также отбеливающие и придающие блеск вещества.

СПАВ наиболее активно деградируют в водах, богатых органикой или бактериально - обсеменённых. Аэрация ускоряет деградацию СПАВ.

Связывающие компоненты могут взаимодействовать с ионами Ca²⁺ и Mg²⁺, присутствующими в виде солей в воде (жёсткая вода), а также в твёрдых загрязнениях и текстиле. Для смягчения воды вводят фосфорнокислые соли, такие, как полифосфат, тетрапирофосфат натрия, тринатрийфосфат, сульфат натрия и силикат натрия. Для предотвращения повторного осаждения загрязнений на ткань добавляют карбоксиметилцелюллозу.

Отбеливатели окисляют окрашенные вещества, последние бывают чаще лучше растворимы или не так сильно адсорбированы и легко удаляются, следовательно, отбеливание улучшает внешний вид очищенных предметов.

Биологическое действие СПАВ является важным предметом исследования. Большой интерес представляет изучение механизма, который лежит в основе влияния ПАВ на живые организмы, т. е. изучение их действия с физиологической и биохимической точки зрения. В некоторых случаях эффект может наблюдаться непосредственно по взаимодействию ПАВ со специфическими белками. В другом случае - его можно проследить по изменениям поверхностной активности и некоторых других свойств биологических дисперсных систем, вызванным ПАВ.

Выделяют два больших класса ПАВ, различающихся характером абсорбции и механизмом стабилизации дисперсных систем.

СПАВ представляют собой обширную группу соединений, различных по своей структуре, относящихся к разным классам. Эти вещества способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и понижать вследствие этого поверхностную энергию (поверхностное натяжение). В зависимости от свойств, проявляемых СПАВ при растворении в воде, их делят на анионактивные вещества (активной частью является анион), катионактивные (активной частью молекул является катион), амфолитные и неионогенные, которые совсем не ионизируются.

Главными факторами понижения их концентрации являются процессы биохимического окисления, сорбция взвешенными веществами и донными отложениями. Степень биохимического окисления СПАВ зависит от их химического строения и условий окружающей среды.

С повышением содержания взвешенных веществ и значительным контактом водной массы с донными отложениями скорость снижения концентрации СПАВ в воде обычно повышается за счет сорбции и соосаждения. При значительном накоплении СПАВ в донных отложениях в аэробных условиях происходит окисление микрофлорой донного ила. В случае анаэробных условий, СПАВ, могут накапливаться в донных отложениях и становиться источником вторичного загрязнения водоема.

Для проведения эксперимента в лабораторных условиях направленного на изучение зависимости изменения скорости фильтрации воды пресноводными двустворчатыми моллюсками от вида токсиканта, необходимо:

Заполнить сосуды отстоянной водопроводной водой до метки 1 л. Приготовить взвесь тонкодисперсного мела для каждого сосуда в концентрации 300 мг/л. Определить первоначальную мутность раствора в каждом сосуде (концентрация мела во взвеси по показаниям ФЭК будет отличаться от навески в 300 мг/л, так как наиболее крупные частицы мела быстро оседают на дно). Для этого, тщательно перемешав взвесь в сосуде, отобрать в кювету пробу воды из центральной части сосуда с помощью стеклянной трубки и проколориметрировать её на ФЭКе (Е₀).

Рассчитать скорость фильтрации по формуле Виллиамсена:

F = V(lnCo - ln Ct - )t

где F- объём воды профильтрованной моллюсками в единицу времени (скорость фильтрации (мл/ч)), V- объём воды в сосуде (1000 мл), Co- начальная (в момент времени t₁) концентрация взвеси (мг/л), Ct- конечная (в момент времени t₂) концентрация взвеси (мг/л), t- продолжительность опыта в часах, - поправка на небиологическое оседание в сосуде № 1, равная разности логарифмов концентраций в моменты времени t₁ и t₂ в сосуде без моллюска, делённая на время t.

Поданным исследования в лабораторных условиях (на моллюсках Anadonta cygnea) и в условиях естественного водоёма (на моллюсках Unio pictorum), получены данные о действии хлорфенолов в концентрациях 1,10 и 20 мг/л. По данной методике определилась фильтрационная способность перловиц в норме и после 48 - часового воздействия на них диметилсульфида, фенола, пирогаллола, гидрохинона, резорцина и пирокатехина (0,01 мг/л). Экспозицию в токсических растворах производили в аквариумах объёмом 10 л, куда помещали по 2 - 3 моллюска; токсические растворы готовились на речной воде. Всего поставлено 150 опытов.

Изучение скорости фильтрации беззубок показало, что в норме моллюски фильтровали воду со скоростью 825,0 ± 190,3 мл/час. Моллюски, помещенные в токсические растворы различных хлорфенолов заметно снижали свою фильтрационную активность. Так, трихлорфенол в концентрации 1 мг/л снижал процесс фильтрации на 61,5%, дихлорфенол на 72,4%, но наибольшее угнетение биофильтрации происходило при воздействии парахлорфенола: при той же концентрации фильтрация снизилась до 210,4 мл/час и составляла 24,0% от контроля.

При увеличении концентрации токсикантов до 10 мг/л происходило дальнейшее угнетение фильтрационной активности моллюсков. Ди - и трихлорфенолы почти одинаково снижали скорость фильтрации, которая составляла в данном случае 215,3 и 217,8 мл/час. Моллюски помещённые в раствор парахлорфенола концентрации 10 мг/л, имели минимальную фильтрационную активность - 105,0 мл/час, что составило всего 12,0% от контроля.

Увеличение концентрации хлорфенолов до 20 мг/л не приводило к дальнейшему снижению фильтрации беззубок. Возможно предположить, что максимальное сокращение фильтрационной активности моллюсков происходит уже на малых концентрациях хлорфенолов, а увеличение содержания токсиканта в растворе вызывает такую же картину снижения биофильтрации, как и при меньших концентрациях.

Таким образом, среди изученных хлорфенолов наибольшее угнетающее действие на фильтрационную активность моллюсков оказывали монохлорфенолы, а среди них наибольшим токсическим эффектом обладал парахлорфенол.

Влияние диметилсульфида (ДМС) в концентрациях 0,005 и 0,05 мг/л так же выразилось в подавлении фильтрационной активности моллюсков.

Скорость фильтрации под влиянием ДМС снизилась по сравнению с контролем соответственно на 24,1 и 49,2%.

В целом среди изолированного влияния отдельных фенолов наибольшим угнетающим эффектом на фильтрационную способность перловиц обладали пирокатехин (0,01 мг/л) и ДМС (0,05 мг/л), которые почти в два раза уменьшали контрольные параметры (P < 0,05). Большой разброс данных не позволил статистически подтвердить изменения после воздействия других токсикантов, хотя происходящее ухудшение фильтрационной способности моллюсков является очевидным. Разброс данных, вероятно, связан с тем, что в реке изменялась температура воды, рН, колебались так же атмосферное давление и погодные условия. Влияние этих факторов в данном случае не учитывалось. Но как сказано выше температура и рН среды являются такими же абиотическими факторами, влияющими на фильтрационную активность моллюсков.

Кроме влияния фенолов на фильтрационную активность моллюсков было изучено комбинированное воздействие ДМС с веществом фенольного ряда в эквимолярных соотношениях на уровне ПДК. Комбинации токсикантов не приводили к суммации эффектов от составляющих компанентов, но и антагонистического действия при этом не наблюдалось. В целом воздействие комбинаций веществ угнетало процесс фильтрации моллюсков примерно в тех же размерах, что и отдельные компоненты. После воздействия ДМС и пирогаллола скорость фильтрации составила 75% от контрольного уровня, ДМС и гидрохинона - 61,7%, ДМС и фенола - 55,0%, ДМС и пирокатехина - 52,0%, ДМС и резорцина - 44,8%. Из приведённых данных следует, что наиболее выраженным действием обладали комбинации ДМС с пирокатехином и резорцином. При этих сочетаниях скорость фильтрации достоверно отличалась от контроля (P < 0.05). Следует отметить, что из изученных веществ фенольного ряда только пирокатехин обладал наиболее выраженным влиянием как при изолированном действии, так и в условиях комбинации. Но рассматривая полученные результаты, следует опять же учитывать разброс из-за экологических факторов.

Таким образом, анализ данных показал, что из рассмотренных веществ наибольшим угнетающим действием на фильтрацию перловицы обладали ДМС и пирокатехин, а при сочетании токсикантов - комбинации ДМС с резорцином и пирокатехином.

Двустворчатые моллюски являются организмами-фильтратами. Ресничный аппарат жабр способствует разделению пищевых частиц по размерам и направляет пищевую массу в пищевые бороздки и далее к ротовым лопастям. На активность фильтрации влияют как экологические факторы (температура, рН, содержание растворённого кислорода и т. д.), так и токсические вещества.

При исследовании изучили влияние диметилсульфида, фенола, пирогаллола, гидрохинона, резорцина и пирокатехина на фильтрационную активность моллюсков, которые вызывают её угнетение. СМС и СПАВ изменяя поверхностное натяжение на границе раздела сред и нарушает функциональное состояние мембран, следовательно нарушают фильтрационную активность моллюсков.

Исползование литератур

1. Алимов А.Ф. Функциональная экология пресноводных двустворчатых моллюсков. - Л: Наука. - 1981.

2. Лебедева Г.Д. Экологический подход к оценке устойчивости пресноводных гидробионтов. / Г. Д. Лебедева //Физиология и токсикология гидробионтов: сб. науч. тр. под ред. Г. Е. Сабурова/Яросл. гос. ун-т. - Ярославль, 1988. - 164 с. стр. 83 - 85.

3. Самоочищение и биоиндикация загрязнённых вод / Отв. Ред. М.М. Телитченко.- М: Наука.- 1980.

4. Шарова И.Х. Зоология беспозвоночных Учебник. М.: Просвещение, 1999

5. Ш апкин В.А. и др Практикум по зоологии беспозвоночных М.: Академия, 2003