АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ОРГАНИЗМЕ ОНДАТРЫ В УСЛОВИЯХ ЮЖНОГО ПРИАРАЛЬЯ

АННОТАЦИЯ

В статье предложена информация о популяции ондатры распространенной в условиях Южного Приаралья, в том числе в озере Каратерен и Жалтырбас. Особое внимание уделяется на экологические загрязнения окружающей среды, вызванное антропогенными факторами и как следствие загрязнение организма ондатры микроэлементами и пластмассами. В статье представлено уровень накопления токсикантов и тяжелых металлов в организме в основном связаны с пищевой специализацией вида.

ABSTRACT

The article provides information about the muskrat population common in the conditions of the Southern Aral Sea region, including Lake Karateren and Zhaltyrbas. Particular attention is paid to environmental pollution caused by anthropogenic factors and, as a consequence, contamination of the muskrat's body with microelements and plastics. The article presents the level of accumulation of toxicants and heavy metals in the body, mainly associated with the food specialization of the species.

Ключевые слова: Приаралье, популяция ондатры, микроэлементы, окружающая среды.

Keywords: Aral Sea region, muskrat population, microelements, environment.

Комплексные исследования влияния глобальных техногенных загрязнений окружающей среды на живые организмы является одной из важнейших задач современной экологии, поскольку микроэлементное загрязнение окружающей среды неизбежно накладывает на них свой отпечаток. Очень важна и проблема неблагоприятного влияния тяжелых металлов на организм, поскольку их постоянное поступление приводит к таким биологическим последствиям, как кумуляция, возможность мутагенного, канцерогенного, тератогенного, эмбрио- и гонадотоксического действия [1]. Общеизвестно, что ведущая роль в формировании долговременных адаптаций принадлежит сохранению гомеостаза организма млекопитающих. Поэтому, оценка морфофункциональных особенностей органов и систем живых организмов имеет немаловажное значение при исследовании эффектов действия разнообразных факторов и процессов адаптациогенеза в популяциях млекопитающих, в частности экосистемы Южного Приаралья.

Живые организмы реагируют на эмиссии путем аккумуляции значительных количеств загрязнителя или изменениями в метаболических процессах [2; 5]. И, если высокие концентрации загрязнителя приводят к четко выраженным эффектам, то низкие концентрации вызывают хронические повреждения, что нередко остается скрытым и может быть выявлено лишь путем физиологических и биохимических исследований [5]. Поэтому новые знания компенсаторно-приспособительных возможностей организма в условиях промышленных загрязнений среды обитания особенно важны, как для решения задач охраны окружающей среды, так и для срочных мероприятий по диагностике и предупреждению развития патологических, необратимых процессов в организме [2].

Мелкие млекопитающие являются удобным модельным объектом для изучения существующих процессов трансформаций в популяциях и сообществах позвоночных, которые в силу своего положения в трофических звеньях непосредственно воспринимают и быстро реагируют на воздействие внешних факторов изменением своей численности и структурной организации [2].

Мезофильные виды грызунов, в том числе популяция ондатры, в настоящее время требует изучения. Поскольку ондатра ведет полуводный образ жизни основным индикатором, определяющим изменение гидрорежима, является вид. В основном они живут в озерах, реках и коллекторах с хорошей циркуляцией воды.

Цель исследования – определить особенности содержания микроэлементов в организме популяции ондатры в условиях Южного Приаралья и оценить влияние экологических факторов и антропогенного загрязнения на их накопление.

Задачи исследования:

• провести сбор и биометрический анализ образцов ондатры в естественных условиях региона;
• определить содержание микроэлементов (Zn, Cu, Pb, Cd, Fe и др.) в различных тканях (печень, почки, мышцы) с использованием ICP-MS;
• провести сравнительный анализ концентраций микроэлементов в зависимости от места обитания и состояния животных;
• оценить влияние экологических факторов и антропогенного загрязнения на состояние популяции ондатры.

Объект исследования

Объектом исследования стала популяция ондатры (Ondatra zibethicus), обитающая в природных водно-болотных угодьях Южного Приаралья. Для анализа отбирались взрослые особи разного пола, чтобы учитывать возможные половые и возрастные различия.

Ондатра (Ondatra zibethicus) была завезена в Евразию из Северной Америки 1935 году ХХ века. В Казахстан, в частности в бассейны Сырдарьи и Или, было завезено и выпущено 571 ондатры. Поскольку в новых условиях у ондатры не было естественных врагов, а также отсутствовали возбудители болезней, ее численность быстро увеличивалась [4].

Ондатра, или мускусная крыса (Ondatra zibethicus) является представителем грызунов, размер тела 30–40 см, вес около 1 кг. Имеется длинный хвост с чешуйками. На задних конечностях находятся плавательные перепонки. Окраска тела равномерная, меняется от светло-рыжей до темно бурого цвета [8; 9].

Ондатра ведет полуводный образ жизни, преимущественно обитая по берегам рек, озер, на болотах и каналах. Она выбирает мелководные водоемы, покрытые густой растительностью [7; 8; 9]. Для жилья ондатра строит норы и хатки. Питается в большей степени травянистой растительностью: осоками, хвощем, камышом [4; 7].

Первоначально ондатра была распространена в околоводных биотопах Северной Америки, почти повсеместно – от Аляски и Лабрадора до Техаса и северной Мексики. Несколько раз этого грызуна завозили в Европу, и он широко расселился по Евразии, вплоть до Монголии, Китая и Кореи. В России ареал ондатры идёт от границ Финляндии через всю лесную зону Европейской части России и значительную часть лесостепной и таежной зон Сибири до Дальнего Востока и Камчатки [4]. Встречается ондатра и в Израиле на берегах пресных рек (риc.1).

Рисунок 1.  Карта распространения популяции ондатры по всей Евразии (www.nature.population)

В условиях Республики Каракалпакстан ондатра хорошо акклиматизировалась и начала самостоятельно осваивать новые биотопы. Акклиматизация и быстрое увеличение численности показывает высокую устойчивость и приспосабливаемость к новым условиям существования [9]. Популяция ондатры благодаря многочисленности, широте распространения и удобству изучения может успешно использоваться в разнообразных экологических исследованиях в качестве тест-объекта.

Материал и методы. Авторы данной статьи провели исследование используя методы экологического, зоологического и факторного анализа.

С экологических позиций микро- и макроэлементы в окружающей среде (почве, растениях и др.) можно разделить на две группы: нетоксичные и токсичные. К нетоксичным и малотоксичным элементам относятся: Si, Fe, Al, Mn, Ca, Mg, составляющие большую часть в биологических объектах. В то же время такие элементы, как V, Ni, Co, Pl, Cu, U, As, Hg и другие в случае повышенных концентраций могут оказывать токсическое воздействие на биоценоз. Для изучения закономерностей аккумулирования микроэлементов в организме грызунов авторами настоящего исследования изучался состав и концентрации тяжелых металлов в организме популяции ондатры (Ondatra Zibethica), обитающей на территории дельты Амударьи.

Место и время проведения исследований

Сбор материалов проводился на опытных площадках, которые были заложены на территории оз. Каратерень и оз. Жалтырбас. Пробы отбирались от 15 образцов органов и тканей пойманных зверьков Ondatra Zibethica [3].  Содержание в органах и тканях элементов определялись путем проведения ICP-MS спектрального анализа в физико-химической лаборатории Каракалпакского научно-исследовательского института естественных наук.

На озёрах питающихся коллекторной водой (Каратерен, Жалтырбас и др.) наблюдается ухудшение качества воды, что в конечном итоге приводит к снижению их продуктивности (рис. 2, 3). В маловодные годы площади этих озер сокращаются в 2 или 3 раза, одновременно ухудшается и качество воды.

Рисунок 2. Карта-схема расположения оз. Каратерень

Рисунок 3.  Карта-схема расположения оз. Жалтырбас

Подготовка проб и аналитический метод

Ткани тщательно очищались от загрязнений, высушивались и подвергались минерализации с использованием кислотного расплава. Для количественного определения содержания микроэлементов применялся метод индуктивно-связанной плазменной масс-спектрометрии (ICP-MS), обеспечивающий высокую чувствительность и точность. Анализ проводился в сертифицированной лаборатории с использованием стандартных калибровочных растворов и контрольных образцов.

Статистическая обработка данных

Полученные данные подвергались статистическому анализу с использованием программного обеспечения. Проверялась нормальность распределения, вычислялись средние значения, стандартные отклонения, проводился анализ вариаций между группами по месту обитания и типу ткани.

Результаты и обсуждение

Анализ многолетних данных по изменению качества воды и состояния растительности и других биологических ресурсов оказывают, что длительное обводнение коллекторной водой, особенно в последние годы привело к резкому повышению солености воды и снижению продуктивности этих водоемов.

В результате было определено среднее содержание 19 химических элементов Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Cu, Zn, Br, Rb, Sr, Mo, Ag, Se, Ac, а также присутствуют микрочастицы Polyethylene.

Проведенный анализ по среднему содержанию элементов в организме исследуемых видов мелких млекопитающих на техногенных и природных территориях показал видоспецифичность их накопления независимо от места обитания (рис. 4, 5).

Рисунок 4.  Спектральный анализ содержания микроэлементов в организме Ondatra Zibethica (оз. Каратерень)

Рисунок 5.  Спектральный анализ содержания микроэлементов в организме Ondatra Zibethica (оз. Жалтырбас)

В результате анализа полученных данных, у зверьков, обитающих на территории оз. Каратерень, имеется превышение по 3 элементам – Al, K, Ca, но при этом у них отсутствуют – Mo. У ондатры, обитающей на территории оз. Жалтырбас также имеется превышение по 3 элементам – P, Fe, Zn, при этом отсутствуют такие элементы, как Cr, Ac (табл.1).

Таблица 1.

Среднее содержание микроэлементов в организме ондатры, mass%

Присутствие микрочастиц Polyethylene в количестве около 98 mass % в организме ондатр, обитающих в обоих исследуемых водоемах, говорит о том, что интенсивном загрязнении воды в коллекторно-дренажной сети, подающей воду в рассматриваемые озера Жалтырбас и Каратерень.

 Недавние сообщения свидетельствуют о том, что кусочки пластика были обнаружены у различных видов организмов, обитающих в морях, реках, озерах и отложениях [10].  В этом отношении ондатра прекрасно себя чувствует, как в естественной среде, так и в искусственно созданных водоемах. Под микропластиком понимается пластиковый мусор, частицы или тонкие пленки диаметром менее 5 мм, которые можно разделить на первичный и вторичный микропластик [10]. Первичный микропластик относится к промышленным продуктам пластиковых частиц, сбрасываемых в океан через реки и очистные сооружения, а вторичный микропластик представляет собой небольшие фрагменты, постепенно образующиеся из крупных фрагментов пластиковых отходов в окружающей среде.

 Ежегодный объем пластиковых отходов, сбрасываемых в океан, может составить от 4,8 до 12,7 млн тонн, и эти пластиковые отходы будут постоянно распадаться на микропластик. Из-за своего небольшого размера микропластик может легко проглатываться микроорганизмами и накапливаться in vivo, что вызывает биологическую озабоченность [11].

Микропластик является новым загрязнителем, обладающим стойкостью, биоаккумуляцией и токсичностью, и его влияние на здоровье человека вызывает особую обеспокоенность. Микропластик может попадать в организм через пищевую цепь, потребляя воду. Эксперименты по переносу пищевой сети показали, что креветки-мизиды, веслоногие рачки, коловратки, личинки полищетин и инфузории могут проглатывать микросферы размером 10 мкм.

Ондатра (Ondatra Zibethica), преимущественно питающаяся прибрежной растительностью, а также прикорневыми частями и корневищами растений, которые имеют возможность накоплять различные химические элементы, демонстрирует наибольшие показатели содержания микроэлементов с максимальными дозами накопления в органах и тканях организма. Когда истощаются растительные корма, ондатра переходит на животную пищу: речная падаль, полудохлая рыба, ракообразные, прудовики, моллюски и т.д.

По сведениям ученых и специалистов, выдвинуто предположение, что уровень накопления в организме токсичных элементов и тяжелых металлов, в основном, связан с пищевыми особенностями видов животных. Накопление токсичных элементов в организме ондатры зависело от экологических особенностей вида, прежде всего от типа питания и, соответственно, от интенсивности клеточного и тканевого метаболизма. Важную роль в передаче их внутри экосистемы играет способность металла накапливаться по пищевой цепи [11, 12].

Результаты исследования показали, что токсичные элементы и тяжелые металлы, обнаруженные в организме исследуемых видов мелких млекопитающих, являются следствием загрязнения почв, воды, воздуха и растительности на исследуемых участках на территории экологического обострения в регионе Южного Приаралья. Также в организм ондатры токсиканты преимущественно поступают с животными объектами питания и в меньшей степени с растительной пищей.

Таким образом, уровень аккумулирования различных токсичных элементов в организме мелких млекопитающих связан с особенностями их биологии, в первую очередь, с пищевой специализацией видов. Высокий уровень загрязнения характерен как для техногенных, так и для природоохранных территорий в регионе Южного Приаралья. Полученные результаты комплексных исследований модельного вида представителей грызунов (Ondatra Zibethica) показали, что они могут быть использованы не только в целях биоиндикации загрязнений окружающей среды на локальном, региональном уровнях, но и для экологического прогнозирования состояния окружающей природной среды Южного Приаралья.

Список литературы:

1. Ивантер Э.В. Популяционная экология мелких млекопитающих Таежного Северо-Запада. – М.: Наука. – 1975. – 246 с.
2. Ивантер Э.В., Жигальский О.А. Опыт популяционного анализа механизмов динамики численности рыжей полевки (Clethrionomus glareolus) на северном пределе ареала // Зоологический журнал. – 2000. – Т. 79. – № 8. – С. 979–989.
3. Кучерук В.В. Количественный учет важнейших видов вредных грызунов и землероек // Методы учета численности и географического распределения наземных позвоночных. – М.: Изд-во АН СССР, 1952. – С. 9–46.
4. Лавров Н.П. Акклиматизация ондатры в СССР. – М.: Изд-во Центросоюза, 1957. – 531 с.
5. Литвинов Ю.Н., Абрамов С.А., Панов В.В. Значение популяционной динамики грызунов в формировании многолетней структуры сообществ // Экология. – 2013. – № 4. – С. 300–309.
6. Маклаков К.В., Кряжимский Ф.В. Связь индивидуального роста грызунов с пространственной структурой населения и динамикой численности // Доклады РАН. – 2002. – Т. 387. – № 3. – С.422–424.
7. Мамбетуллаева С.М. Анализ динамики промысловых популяций ондатры: автореф…канд. биол. наук. – Екатеринбург, 1994. – 16 с.
8. Реймов Р. Опыт экологического и морфофизиологического анализа фауны млекопитающих Южного Приаралья. – Нукус–Каракалпакстан,1972. –412 с.
9. Реймов Р. Млекопитающие Южного Приаралья. – Ташкент: ФАН,1985. – 95 с.
10. Eun-Jung Park, Ji-Seok Han, Eun-Jun Park, Eunsol Seong, Gwang-Hee Lee, Dong-Wan Kim, Hwa-Young Son, Hyoung-Yun Han, Byoung-Seok Lee, Repeated-oral dose toxicity of polyethylene microplastics and the possible implications on reproduction and development of the next generation // Toxicology Letters. – 2020. – Vol. 324. – Pp. 75–85, https://doi.org/10.1016/j.toxlet.2020.01.008.
11. Wiener J.G., Krabbenhoft D.P., Heinz G.H., Scheuhammer A.M. Ecotoxicology of mercury // Handbook of Ecotoxicology. – Boca Raton: Lewis Publishers, 2002. – P. 409–463.
12. Scheuhammer A.M., Meyer M.W., Sandheinrich M.B., Murray M.W. Effects of environmental methylmercury on the health of wild birds, mammals, and fish // Ambio. – 2007. – Vol. 36. – № 1. – P. 12–18.