авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Влияние ртутьорганических соединений природного происхождения на регенерацию, размножение и пищевое поведение свободноживущих червей (олигохет и планарий)

На правах рукописи

Медведев Игорь Валерьевич ВЛИЯНИЕ РТУТЬОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИРОДНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ НА РЕГЕНЕРАЦИЮ, РАЗМНОЖЕНИЕ И ПИЩЕВОЕ ПОВЕДЕНИЕ СВОБОДНОЖИВУЩИХ ЧЕРВЕЙ (ОЛИГОХЕТ И ПЛАНАРИЙ) 03.00.18 - Гидробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Борок – 2006

Работа выполнена в Институте биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской Академии наук Научный руководитель Доктор биологических наук Комов Виктор Трофимович

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук Крылов Александр Витальевич Кандидат биологических наук Шейман Инна Моисеевна

Ведущая организация:

Институт биологии Карельского Научного Центра РАН

Защита состоится « 14 » декабря 2006 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К.002.036.01 при Институте биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН по адресу:

Ярославская обл., Некоузский район, п. Борок, ИБВВ РАН;

тел./факс: (48547)24-0-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН.

Автореферат разослан « 9 » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук Л.Г. Корнева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальность проблемы. При добыче и переработке минеральных ресурсов происходит изменение глобальных циклов химических элементов.

Отношение количества элемента, участвующего в глобальном круговороте, к уровню его добычи служит ориентировочной оценкой опасности для окружающей среды и человека (Bowen, 1979). По этому показателю наибольшую опасность представляют тяжелые металлы, среди которых ртуть занимает особое место. Ртуть высоко токсична для теплокровных животных и человека. В результате антропогенной эмиссии в атмосферу попадает количество ртути, соизмеримое с участвующим в природном глобальном цикле (Fitzgerald, 1995;

Mason, Sheu, 2002). Антропогенными источниками ртути являются сельское хозяйство, энергетические предприятия, транспорт, горнодобывающая и перерабатывающая промышленность (Лапердина, 2000).

Наибольшее количество ртути попадает в окружающую среду при сжигании природного ископаемого топлива. В угле содержание ртути максимально по сравнению с нефтью и газом и варьирует от 0.8 до 100 г ртути в тонне (Габайдулин и др., 1999).

Особенностью этого металла является метилирование, происходящее в водоемах с образованием токсичного для организмов соединения – метилртути, которое накапливается в тканях и органах водных животных (Bloom et al., 1991). В мышцах рыб из водоемов России, удаленных от источников загрязнения, содержание ртути может достигать 3.1 мг/кг массы (Haines et al., 1992). Уровни такого порядка приводят у рыб к нарушению многих жизненно важных функций, включая воспроизводство, осморегуляцию, ориентацию, поиск пищи, распознавание хищника и коммуникацию (Zillioux et al., 1993).

Работы, посвященные изучению токсичности метилртути, проводятся в основном на млекопитающих и птицах, имеющих наиболее развитую в животном мире нервную систему. Они находятся на вершине пищевой пирамиды и подвержены действию самых высоких концентраций метилртути (Wolfe et al., 1998). При высоких уровнях накопления ртути у теплокровных животных развиваются функциональные нарушения центральной нервной системы (Rodier, 1995;

Shigematsu et al., 2000).

Механизм токсического воздействия ртутьорганических соединений на холоднокровных животных исследован недостаточно. Основная масса работ посвящена изучению влияния неорганических соединений ртути, менее токсичных по сравнению с ртутьорганическими. Метилированные соединения ртути, накопленные в организме рыб, не исчезают после их гибели и снова становятся частью пищевой цепи в водоеме. Влияние ртутьорганических соединений, поступающих с пищей, на беспозвоночных фактически не изучено.

Цель проведенных исследований - изучение влияния ртутьорганических соединений, при их поступлении в организм с пищей, на регенерацию, пищевое поведение и размножение олигохет Lumbriculus variegatus и планарий Dugesia tigrina (половая и бесполая расы), D. lugubris и Polycelis tenuis.

Были поставлены следующие задачи:

1. Оценить динамику накопления соединений ртути в организме червей.

2. Изучить влияние накопленных в организме олигохет и планарий ртутьорганических соединений на восстановление поврежденных участков тела.

3. Выявить зависимость степени восстановления фоторецепторных органов у планарий от количества накопленных в их организме соединений ртути.

4. Исследовать репродуктивную активность при разных уровнях содержания соединений ртути в организме планарий.

5. Оценить влияние соединений ртути в теле планарий на их пищевое поведение.

Научная новизна. Впервые исследовано влияние ртутьорганических соединений, обладающих нейротоксическим эффектом, на скорость регенерации, степень восстановления недостающих фрагментов тела и фоторецепторных органов, репродуктивную активность и пищевое поведение у беспозвоночных.

Установлена различная чувствительность изученных показателей к ртутьорганическим соединениям (максимальная – восстановление фоторецепторных органов, минимальная – репродуктивная активность).

Обнаружено, что торможение восстановительных процессов при воздействии накопленных ртутьорганических соединений имеет у организмов видовую специфичность. Пищевое поведение планарий нарушается только при высоких уровнях ртутьорганических соединений.





Практическая значимость. Впервые обосновано применение показателя восстановления фоторецепторных органов у планарий в токсикологических исследованиях, как наиболее чувствительного из изученных физиологических показателей. Разработана имитация пищевой цепи, состоящая из нескольких звеньев, которая позволяет с большой долей вероятности прогнозировать поведение токсических веществ в водных экосистемах. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при чтении курса лекций «Водная токсикология» и «Санитарная гидробиология».

Апробация работы. Результаты исследований были представлены на XII Международной конференции молодых ученых «Биология внутренних вод:

проблемы экологии и биоразнообразия» (Борок, 2002), Международной конференции «Трофические связи в водных сообществах и экосистемах» (Борок, 2003), II Съезде токсикологов России (Москва, 2003), Международной научной конференции «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (г. Петрозаводск, 2004 г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы. Материалы изложены на 124 стр., иллюстрированы 12 рисунками и 12 таблицами. Список литературы включает наименования, из них 127 на иностранном языке.

Благодарность. Автор выражает глубокую благодарность сотруднику лаборатории биологии и систематики водных животных ИБВВ РАН Е. М.

Коргиной и Н. В. Шакуровой (Казанский государственный университет) за видовую идентификацию планарий.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ: ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РТУТИ;

ЗАКОНОМЕРНОСТИ МИГРАЦИИ И НАКОПЛЕНИЯ;

РЕГЕНЕРАЦИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ СВОБОДНОЖИВУЩИХ ЧЕРВЕЙ.

Представлен обзор литературных данных по эмиссии ртути, особенностях ее трансформации в водных экосистемах и воздействию на биологические показатели животных, характеристике механизма токсического действия метилртути. Приводятся сведения о регенерации планарий и олигохет, размножении и пищевом поведении планарий.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Объект исследования.

Для экспериментов использовали олигохет Lumbriculus variegatus (Mller, 1773) и планарий Dugesia tigrina (Girard, 1850) (половая и бесполая расы), D. lugubris (O. Schmidt, 1861) и Polycelis tenuis (Ijima, 1884).

2.2. Условия и методы культивирования животных.

Олигохет Lumbriculus variegatus содержали в пластиковых емкостях объемом 1 л с кусочками гигроскопичной бумаги в качестве искусственного субстрата в отстоянной водопроводной воде при температуре 23°С (Lesiuk, Drewes, 1999;

Drewes, 1996). Раз в неделю в емкости с червями добавляли по г фарша, приготовленного из мышечной ткани рыб Solea solea (низкое содержание ртути - 0.2 мкг/г сухой массы) и Anoplopoma fimbria (высокое содержание – 0.7 мкг/г сухой массы), выловленных в бухте Монтерея (Калифорния, США).

Для выращивания хирономид (Chironomus riparius Meigen, 1804) использовали кристаллизаторы емкостью 2 л с отстоянной водопроводной водой. В них помещали по 3-5 кладок. Каждую неделю в кристаллизаторы добавляли по 2 г фарша, полученного из мышечной ткани рыб с высокой концентрацией ртути (0.30-0.50 мкг/г сырой массы) и с низкой (0.02-0.07 мкг/г сырой массы). Рыбу отлавливали в Рыбинском водохранилище. Хирономиды питались бактериями, развивающимися на фарше.

Культивирование олигохет Enchytraeus albidus (Henle, 1837) проводили по стандартной методике (Грудцин, Ильина, 1977). Червей кормили фаршем из рыбы, помещенным в почву с червями на глубину 3-4 см.

Планарий содержали в пластиковых пятилитровых емкостях при температуре 19-22°С в затененных условиях. Животных кормили два раза в неделю: Dugesia tigrina и D. lugubris - личинками лабораторной культуры хирономид, Polycelis tenuis – олигохетами Enchytraeus albidus.

Таким образом, в эксперименте формировали пищевую цепь: фарш из мышечной ткани рыб - бактерии – личинки хирономид или олигохеты – плоские черви. Накопление ртути хирономидами и олигохетами до уровней, определенных в фарше, происходило за 2-4 нед.

Регенерация головного и хвостового участков тела у олигохет.

Животным отсекали головной и хвостовой участки тела (рис. 1). Оставшуюся часть тела, состоящую из 30 сегментов, использовали для экспериментов (по 50 в каждой группе с высоким и низким содержанием соединений ртути).

Восстановление головных и хвостовых сегментов регистрировали два раза в неделю в течение 41 сут.

Рис. 1. Схема операции у олигохет Lumbriculus variegatus (темный участок фрагмент тела, который использовали в эксперименте;

светлые участки – отсекаемые). Рис.

по Drewes, 1996.

Варианты надрезов у планарий. Планариям делали надрезы, наиболее часто применяемые для изучения восстановительных процессов в частности, и в токсикологических исследованиях (рис. 2а-д):

а - поперечное рассечение (декапитация) за аурикулярными выростами на переднем конце тела (Сахарова, Лакирев 1986) – для изучения восстановления фоторецепторных органов у Dugesia tigrina (половая раса);

б-г - поперечное рассечение перед глоткой (Pionteck, 1998;

1999) для изучения восстановления фоторецепторных органов у D. tigrina (половая раса), Polycelis tenuis и Dugesia lugubris и формирования бластемы у Polycelis tenuis и Dugesia lugubris;

д - продольный разрез всего тела (Morgan, 1901) для изучения формирования бластемы и фоторецепторных органов в процессе латеральной регенерации у D. tigrina (бесполая раса).

Для выяснения реакции организма на слабое травматическое воздействие, планариям наносили небольшие надрезы (рис. 2б,в).

а б в г д Рис. 2. Схема операций планарий: прямая линия – место разреза.

Перед операциями планарий и олигохет обездвиживали, охлаждая в ванночке со льдом (Шейман, 1995;

Drewes, 1996).

Восстановление поврежденных участков тела и формирование бластемы у планарий. У D. tigrina (половая раса) регистрировали количество червей с полным восстановлением поврежденных участков после 3, 12 и 24 мес выращивания на ртутьсодержащем корме;

у бесполой расы D. tigrina (9 и мес), D. lugubris (9 мес), Polycelis tenuis (6 мес выращивания на корме с низким и высоким содержанием соединений ртути) проводили измерение площади бластемы (скопление однородных неспециализированных клеток на раневой поверхности).

Восстановление фоторецепторных органов у планарий. У половой расы Dugesia tigrina (3, 12 и 24 мес), бесполой расы D. tigrina (3 и 9 мес), D.

lugubris (9 мес) и Polycelis tenuis (3, 6 и 9 мес выращивания на ртутьсодержащем корме) подсчитывали количество восстановленных фоторецепторных органов после рассечения животных.

Репродуктивная активность планарий. У половой расы Dugesia tigrina (3 и 12 мес), D. lugubris (1 и 9 мес) и Polycelis tenuis (3 и 6 мес выращивания на корме с высоким и низким содержанием ртути) подсчитывали количество отложенных коконов и молодых червей, вышедших из них.

Пищевое поведение планарий.

У половой расы Dugesia tigrina (3, 12 и 24 мес), бесполой расы D.

tigrina (3 и 9 мес) D. lugubris (9 мес) и Polycelis tenuis (3, 6 и 9 мес выращивания на ртутьсодержащем корме) проводили оценку влияния соединений ртути на пищевое поведение.

Для оценки реакции приближения животных к жертве использовали показатель предпочтения планариями корма с низким или высоким содержанием ртути, выраженного в количестве червей находившихся в контакте с жертвой, для оценки двигательной реакции глотки червей - число планарий, внедривших свою глотку в тело добычи.

Во всех экспериментах с Dugesia lugubris, D. tigrina (бесполая раса) и D. tigrina (половая раса) на каждый опыт отбирали отдельную серию червей (по 38, 100 и 40 экз. соответственно). В опытах с Polycelis tenuis использовали одних и тех же животных после 3, 6 и 9 мес выращивания на ртутьсодержащем корме (по 60 особей).

В экспериментах использовали планарий, как из естественных водоемов, так и культивируемых в лаборатории, поэтому не всегда удавалось синхронизировать начало их выращивания на ртутьсодержащем корме.

Определение ртути и обработка полученных результатов.

Определение содержания общей ртути в планариях, Enchytraeus albidus, Lumbriculus variegatus и Chironomus riparius ввиду их малой массы проводили для каждого вида в интегральных пробах методом атомной абсорбции холодного пара (Gill, Fitzerald, 1987). Сертифицированный биологический материал Dorm-II (мышцы акулы) со стандартным содержанием ртути получен из Канадского института химии окружающей среды.

Статистическую обработку полученных результатов проводили стандартными методами с использованием программы Statgraphics Plus для Windows (версия 2.1). Результаты выражали в виде средних значений и их ошибок (x ± mx). Достоверность различий определяли в соответствии с t критерием Стьюдента (р=0.05) (Sokal, Rohlf, 1995).

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ РТУТЬОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА РЕГЕНЕРАЦИЮ, РАЗМНОЖЕНИЕ И ПИЩЕВОЕ ПОВЕДЕНИЕ ОЛИГОХЕТ И ПЛАНАРИЙ.

3.1. Накопление ртути у олигохет и планарий.

У Lumbriculus variegatus уровни накопления ртути в организме уже через месяц были сопоставимы с концентрациями металла в рыбном фарше, на котором животных культивировали. У олигохет Enchytraeus albidus, обитающих в почве, накопление уровней ртути аналогичных таковым в корме, проходило в те же сроки что и у Lumbriculus variegatus, обитающих в водоемах (табл. 1, 2). Процесс накопления соединений ртути у олигохет не зависел от среды обитания.

Таблица 1. Концентрации ртути в мышечной ткани рыб, олигохетах и хирономидах.

Объект Концентрация ртути, мкг/г сырой массы низкая высокая Мышечная ткань рыб 0.02-0.07 0.30-0. Enchytraeus albidus 0.02-0.05 0.30-0. Chironomus riparius 0.02-0.07 0.30-0. Таблица 2. Содержание ртути в мышечной ткани рыб и олигохетах Lumbriculus variegatus.

Объект Концентрация ртути, мкг/г сухой массы низкая высокая а 0.71±0.01 б мышечная ткань рыб 0.23±0. 0.32±0.01 а 0.51±0.01 б Lumbriculus variegatus Величины внутри каждой строки, имеющие разные буквенные индексы достоверно различаются при уровне значимости р=0.05.

Уровни накопления ртути планариями в экспериментах варьировали в широких пределах (0.08-15.97 мкг/г сырой массы). Одни виды (Dugesia tigrina, половая раса) планарий накапливали высокие уровни ртути после 3 мес содержания на корме с ее низкими концентрациями, тогда как другие (D.

lugubris) даже спустя 9 мес имели концентрации, соизмеримые с таковыми в корме.

У использованных в экспериментах планарий отмечено накопление соединений ртути, которое происходило с разной динамикой. При высоком содержании ртути в корме, ее накопление интенсивнее проходило у половой расы планарий D. tigrina и Polycelis tenuis, по сравнению с бесполой расой Dugesia tigrina и D. lugubris. У бесполой расы планарий D. tigrina концентрация ртути даже снижалась с течением времени. При низком содержании ртути в корме, ее уровни в организме планарий D. tigrina (половая раса) постепенно уменьшались в течение двух лет, у планарий Polycelis tenuis – после 6 мес выращивания на корме с соединениями ртути было зарегистрировано их увеличение (6 мес) и в дальнейшем после 9 мес снижение (табл. 3). Планарии вероятно имеют эффективный механизм выведения соединений ртути, но это предположение требует дополнительного исследования.

Таблица 3. Динамика накопления ртути в теле планарий в зависимости от времени содержания в культуре.

Время содержания Концентрация ртути, мкг/г сырой массы в культуре, мес низкое содержание в корме высокое содержание в корме Dugesia tigrina (половая раса) 1.23±0.01 а 4.80±0.04 б 1.01±0.003 а 7.71±0.09 б а 10.30±0.06 б 24 0.74±0. Dugesia tigrina (бесполая раса) 0.08±0.003 а 2.95±0.05 б 0.95±0.03 б 9 12 - 0.64±0. Dugesia lugubris 0.48±0.003 а 0.51±0.01 б Polycelis tenuis 0.85±0.02 а 4.59±0.12 б а 15.97±0.24 б 6 3.93±0. 1.09±0.01 а 9.27±0.03б Величины внутри каждой строки, имеющие разные буквенные индексы достоверно различаются при уровне значимости р=0.05.

Максимальную разницу (в 36 раз) концентрации ртути у планарий, выращенных на корме с высоким содержанием ртути, по сравнению с животными, выращенными на корме с ее низким содержанием, наблюдали у бесполой расы Dugesia tigrina. У половой расы D. tigrina она различалась в 3- раз, у Polycelis tenuis – в 4-8 раз в зависимости от экспозиции. Минимальные различия зафиксированы у Dugesia lugubris.

3.2. Регенерация головного и хвостового участков тела у олигохет Lumbriculus variegatus. Восстановление головных сегментов, количество которых у этого вида постоянно (7-8), проходило интенсивнее первые 5 сут у червей с низким содержанием ртути (рис. 3а). Через 11 сут у червей в обеих экспериментальных группах количество головных сегментов достигло первоначальных значений. Различия в числе восстановленных хвостовых сегментов носили достоверный характер на протяжении всего времени наблюдения (рис. 3б).

12 ***** 1 *** 45 10 * 40 ** 6 * 2 2** 10 * * 0 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 41 2 5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35 38 а б Рис. 3. Формирование головных (а) и хвостовых (б) сегментов у Lumbriculus variegatus с низким (1) и высоким (2) содержанием соединений ртути. По оси абсцисс – время регенерации, сут, по оси ординат – количество сегментов. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

3.3. Восстановление поврежденных участков тела и формирование бластемы у планарий.

Влияние ртути на восстановление целостности организма планарий при слабом травматическом воздействии. Высокое содержание соединений ртути (4.80, 7.71 и 10.30 мкг/г сырой массы) в организме планарий Dugesia tigrina (половая раса) при экспозиции соответственно 3, 12 и 24 мес не влияло на динамику срастания надрезов.

После 12 мес содержания планарий на корме с разной концентрацией соединений ртути, восстановление поврежденных участков тела на передних фрагментах проходило быстрее, чем на хвостовых фрагментах при любом содержании соединений ртути в червях (рис. 4а,б).

60 60 * 50 * * 1 3 5 7 9 3 5 7 9 11 а б Рис. 4. Интенсивность восстановления поврежденных участков тела у половой расы планарий Dugesia tigrina при низком (а) и высоком (б) уровне соединений ртути в теле животных после 12 мес выращивания на ртутьсодержащем корме. По оси абсцисс – время регенерации, сут;

по оси ординат – число животных с полным восстановлением области повреждения, %;

1 – хвостовой участок тела, 2 – передний. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

Абсолютный рост вновь образующихся тканей у планарий. В первые сутки регенерации бластема планарий была непигментированной. При рассмотрении животных под бинокуляром отмечали четкий контраст между старыми пигментированными и вновь образованными не пигментированными клетками тканей регенеранта.

У D. tigrina (бесполая раса) после 9 мес выращивания на корме с разной концентрацией соединений ртути различия в формировании бластемы между животными с высоким и низким содержанием металла обнаруживались только на 8 сут после препарирования (рис. 5а).

После экспозиции червей в течение 12 мес, различия в размерах бластем появлялись также на 8 сут. У животных с высоким содержанием соединений ртути (0.64 мкг/г сырой массы) площадь вновь образующихся тканей увеличивалась быстрее (рис. 5б). У планарий бесполой расы после мес выращивания на корме с высокой концентрацией ртути зарегистрированы одни из самых низких уровней накопления ртути, по сравнению с планариями других видов.

У D. lugubris с более высоким содержанием соединений ртути в теле скорость формирования бластемы была ниже (рис. 5в). Эффект торможения восстановительных процессов у этой планарии проявлялся даже при относительно невысоком уровне соединений ртути, накопленных за 9 мес.

У Polycelis tenuis, при высоком уровне накопления ртути (15.97 мкг/г сырой массы), площадь бластем увеличивалась значительно медленнее по сравнению с планариями, накопившими более низкие концентрации (3.93 мкг/г сырой массы). Различия регистрировали уже через 10 сут после операции, а после 13 сут они были статистически значимыми (рис. 5г).

У всех видов планарий с высоким и низким содержанием соединений ртути, после продольного и поперечного рассечения длительное время наблюдалась фаза мышечного сокращения, которая продолжалась на 1-2 сут дольше, чем было описано ранее (Шейман и др., 2004). Задержка начала восстановительных процессов у червей с низким содержанием ртути вероятно связана с тем, что после длительного времени (3-24 мес выращивания на ртутьсодержащем корме) планарии накапливали металл в концентрациях, превышающих характерные для популяций в естественной среде обитания.

4000 * * 2* * 2 8 10 12 8 10 12 а б 6000 * 4000 * * 1 * 0 10 13 15 17 10 13 15 в г Рис. 5. Рост бластем у бесполой расы планарий Dugesia tigrinа (а – 9 мес содержания на ртутьсодержащем корме, б – 12 мес), Dugesia lugubris (в – 9 мес), Polycelis tenuis (г – 6 мес). По оси абсцисс – время, сут;

по оси ординат – величина площади бластемы, усл. ед.;

1 – при содержании на корме с низкой концентрацией соединений ртути, 2 – с высокой. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

3.4. Восстановление фоторецепторных органов у планарий.

При рассечении планарий головной ганглий либо удалялся вместе с передним фрагментом (поперечное рассечение), либо оставалась его часть (продольное). Глазки у планарий начинают восстанавливаться вслед за ганглием, который регенерирует за 5 сут (Шейман, 1984), поскольку каждый фоторецепторный орган турбеллярий соединяется с головным ганглием специальным зрительным нервом (Иванов и др., 1981).

После 3 мес выращивания на корме с высокими и низкими уровнями содержания ртути у Dugesia tigrina (половая раса) глазки появлялись на 5- сут, после 12 мес - на 4-7 сут и 24 мес - на 4-6 сут после препарирования. У планарий с высоким содержанием ртути в организме, формирование глазков после 3, 12 и 24 мес выращивания на ртутьсодержащем корме начиналось на 1 2 сут позже, чем у червей с низким. Минимальные отличия по времени восстановления глазков между группами планарий с высоким и низким содержанием ртути в организме отмечены через 3 мес, а максимальные и статистически достоверные – 12 и 24 мес, когда различия в уровнях накопления ртути были максимальными.

После 3 мес выращивания планарий D. tigrina (бесполая раса) на корме с разным содержанием соединений ртути глазки появлялись на 6-е сут после продольного рассечения червей. Статистически достоверную разницу в количестве фоторецепторных органов наблюдали на 7-е сут после операции. В последующие сроки (9 мес) эффект торможения формирования фоторецепторных органов наблюдали даже при низком уровне накопления ртути в организме планарий этой расы (рис. 6а,б).

* *** б * а * * * 2 20 * * 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 Рис. 6. Регенерация глазков у бесполой расы планарий Dugesia tigrina с низкой (1) и высокой (2) концентрацией ртути после 3 (а) и 9 (б) мес выращивания на ртутьсодержащем корме. По оси абсцисс - время регенерации, сут;

по оси ординат – число червей с глазками, %. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

Независимо от способа рассечения планарий D. tigrina (продольное или поперечное), начало формирования фоторецепторных органов начиналось в одни и те же сроки.

Различия в количестве глазков у D. lugubris с низким и высоким содержанием ртути в организме были достоверными только на 10 сут после рассечения животных.

Молодые особи Polycelis tenuis, вышедшие из кокона, имели 12- глазков. Спустя 3 нед их число увеличилось до 20, через месяц - до 40-70.

Перед препарированием у особей с низким содержанием ртути среднее число глазков было равно 49, а с высоким - 51.

У планарии P. tenuis с низкой концентрацией ртути в организме после 3 мес выращивания на ртутьсодержащем корме (0.85 мкг/г сырой массы) глаза появлялись на 4-е сут после операции, с высокой (4.59 мкг/г сырой массы) - на 7-е сут. У последних, начиная с 10-х и по 17-е сут, количество фоторецепторных органов было достоверно ниже по сравнению с животными, накопившими низкие уровни металла. Впоследствии эти различия сохранялись, но были статистически недостоверными.

После 6 мес выращивания на ртутьсодержащем корме у P. tenuis восстановление глазков на хвостовых фрагментах червей обеих групп начиналось на 8-9 сут после операции. В последующие 10 сут интенсивность восстановления фоторецепторных органов у планарий с низкими концентрациями ртути была выше, чем у планарий с высокой концентрацией ртути. Далее (19-27 сут) количество глазков и скорость регенерации у животных из обеих групп были одинаковы.

Спустя 9 мес выращивания на ртутьсодержащем корме появление глазков у P. tenuis (единичные случаи) наблюдали на 6-8 сут после операции.

Темпы формирования глазков были низкими в обеих группах планарий. До 14 х сут различия между регенерантами с низким и высоким содержанием соединений ртути (1.09 и 9.27 мкг/г сырой массы соответственно) носили достоверный характер. В дальнейшем появление глазков проходило фактически с одинаковой интенсивностью, различия между группами были незначительны.

Среди изученных видов планарий с низким содержанием ртути наиболее раннее формирование глазков отмечено у P. tenuis, более позднее – у Dugesia lugubris. D. tigrina по этому показателю занимала промежуточное положение. Высокое накопление ртути в организме планарий задерживало восстановление глазков: у Polycelis tenuis – в большей степени, у Dugesia tigrina и D. lugubris – в меньшей.

3.5. Репродуктивная активность планарий.

Не выявлено влияние ртути, поступающей в организм с пищей на репродуктивную активность планарий.

С увеличением сроков содержания планарий на ртутьсодержащем корме от 3-х до 12 мес количество коконов у D. tigrina уменьшалось в обеих группах: с 3.8 до 1.3 экз./(мес·особь) у животных с низким содержанием ртути и с 2.3 до 1.4 экз./(мес·особь) у животных с ее высоким содержанием.

У Polycelis tenuis с низкими концентрациями ртути в организме количество коконов с увеличением времени выращивания на ртутьсодержащем корме (3 и 6 мес) не изменялось (0.1 экз./(мес·особь));

у P. tenuis с высокими концентрациями ртути – оно увеличивалось с 0.06 до 0.2 экз./(мес·особь). У планарий Dugesia lugubris при небольшой разнице в уровнях накопления ртути в организме (табл. 3), количество отложенных коконов незначительно отличалось у животных в обеих группах (0.5 и 0.75 экз./(мес·особь) – соответственно планарии с низким и высоким содержанием ртути в теле).

Количество молоди, вышедшей из одного кокона за один месяц у D.

tigrina уменьшалось с увеличением времени содержания на корме с низким и высоким содержанием ртути соответственно с 0.04 и 0.05 экз. после 3 мес экспозиции до 0.002 и 0.01 экз. после 12 мес экспозиции. У D. lugubris после мес эксперимента этот показатель у обеих групп был одинаков (1. экз./(мес·кокон)).

У Polycelis tenuis с высокими уровнями накопленной ртути, количество молоди после 6 мес экспозиции было значительно меньше (0. экз./(мес·кокон)), по сравнению с животными с низкими уровнями ртути (1. экз./(мес·кокон)).

Таким образом, даже при высоких концентрациях накопленных соединений ртути планарии сохраняли репродуктивную активность.

3.6. Пищевое поведение планарий.

При осуществлении всего комплекса пищевого поведения у планарий происходит последовательная реакция, в которой двигательная активность глотки является продолжением первоначальной реакции приближения к жертве (Шейман и др., 2002). Обе эти реакции интегрированы в единый комплекс, координирующийся нервной системой.

Реакция приближения к жертве. Планарии половой расы Dugesia tigrina (12 мес выращивания на ртутьсодержащем корме) и P. tenuis (6 мес) с низкими концентрациями ртути в организме отдавали предпочтение корму с низким содержанием ртути (рис. 7а,б). Черви с высоким содержанием ртути не проявляли предпочтения в выборе корма, а поиск и приближение к жертве осуществляли менее активно.

Двигательная реакция глотки у планарий. Планарии Dugesia tigrina (половая раса) с низкими концентрациями ртути в организме после 3 и 12 мес выращивания на ртутьсодержащем корме находили пищевой объект в первые минуты наблюдения (рис. 8а,б). У планарий с высокими концентрациями ртути двигательная реакция глотки была слабо выражена и немного возрастала к концу наблюдений. Различия в двигательной реакции глотки у животных с высоким и низким содержанием ртути были достоверны на протяжении всего периода наблюдений.

1 * * * * * * * * * * 5 10 15 20 25 30 35 5 10 15 20 25 30 35 а б Рис. 7. Избирательность питания планарий Dugesia tigrina (а) и Polycelis tenuis (б) с низкой концентрацией ртути в организме. По оси абсцисс – время наблюдений, мин;

по оси ординат – количество планарий, %. 1 – хирономиды или олигохеты с низким содержанием ртути, 2 – с высоким. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

Накопление планариями ртути в концентрации превышающей 4. мкг/г сырой массы, приводило к угнетению как реакции приближения к добыче, так и двигательной реакции глотки.

100 * * * * * * * * * * 1 1 * * * * 40 * * 0 5 10 15 20 25 30 35 5 10 15 20 25 30 35 а б Рис. 8. Количество планарий Dugesia tigrina (половая раса) внедривших глотки в тело жертвы после 3 (а) и 12 (б) мес выращивания на хирономидах с низким (1) и высоким (2) содержанием соединений ртути. По оси абсцисс – время наблюдений, мин;

по оси ординат – количество планарий, %. * отличия между вариантами эксперимента статистически достоверны при р=0.05 (t-критерий Стьюдента).

ВЫВОДЫ 1. Планарии способны накапливать в своем организме высокие концентрации ртути, которые крайне редко встречаются как у других беспозвоночных так и у позвоночных животных в естественных условиях.

Зарегистрированные уровни ртути не приводят к гибели червей. Это подтверждает предположение, что токсичность ртутьорганических соединений возрастает с развитием нервной системы.

2. Чувствительность изученных физиологических показателей червей к хроническому воздействию ртути различна и убывает в следующем порядке:

восстановление фоторецепторных органов у планарий – восстановление хвостовых сегментов у олигохет – формирование бластемы планарий – процесс заживления надрезов слабого травматического характера – пищевое поведение планарий – репродуктивная активность планарий.

3. Интенсивность заживления надрезов слабого травматического характера не зависит от содержания соединений ртути в теле планарий.

4. У олигохет Lumbriculus variegatus, планарий Dugesia lugubris и Polycelis tenuis скорость восстановления недостающих фрагментов тела снижается с увеличением содержания ртути в организме.

5. Установлено, что замедление формирования фоторецепторных органов у плоских червей начинается с концентрации ртути в организме 0.5-1. мкг/г сырой массы.

6. Планарии способны к половому размножению при очень высоких уровнях накопленной ртути (4.0-15.0 мкг/г сырой массы).

7. Уровни накопленных соединений ртути в теле планарий ниже 4. мкг/г сырой массы не влияют на двигательную реакцию глотки и не нарушают избирательность питания у планарий Dugesia tigrina (половая раса) и Polycelis tenuis.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

Статьи Медведев И. В., Комов В. Т. Воздействие ртутьорганических соединений природного происхождения на регенерацию у двух видов пресноводных планарий Dugesia tigrina и Polycelis tenuis // Онтогенез. 2005.

Т. 36. №1. С. 35-40.

Medvedev I.V., Komov V. T. Influence of methyl mercury compounds of natural origin on feeding behavior in two species of freshwater planarians // Ecohydrology & Hydrobiology. 2005. V. 5. P. 231-235.

Медведев И. В., Гремячих В. А., Желтов С. В., Богданенко О. В., Аксенова И. А. Регенерация фоторецепторных органов у трех видов пресноводных планарий при различных уровнях накопления ртутьорганических соединений природного происхождения // Онтогенез.

2006. Т. 37. №2. С. 136-141.

Медведев И. В. Влияние различных уровней накопления ртутьорганических соединений природного происхождения на реакцию приближения к жертве и двигательную реакцию глотки у трех видов пресноводных планарий // Матер. Всероссийской конф. “Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения”. Оренбург:

Печатный дом «Димур», 2006. С. 64-73.

Тезисы.

Медведев И. В. Влияние ртутьорганических соединений природного происхождения на воспроизводство, пищевое поведение, регенерацию, фототаксис и тигмотаксис пресноводной планарии Dugesia tigrina Girard // XII Междунар. конф. молодых ученых “Биология внутренних вод: Проблемы экологии и биоразнообразия”: Тез. докл. Борок, 2002. C.185.

Медведев И. В., Комов В. Т. Воздействие ртутьорганических соединений природного происхождения на ключевые этапы пищевого поведения планарий Dugesia tigrina (Girard) и Polycelis nigra (Mller) // Междунар. конф. “Трофические связи в водных сообществах и экосистемах”.

Тез. докл. Борок, 2003. С. 86.

Медведев И. В., Гремячих В. А., Комов. В. Т. Воздействие ртутьорганических соединений природного происхождения на водных беспозвоночных // II Съезд токсикологов России: Тез. докл. Москва, 2003. C.

169.

Медведев И. В., Гремячих В. А., Аксенова И. А., Желтов С. В., Богданенко О. В. Влияние ртутьорганических соединений на размножение, пищевое поведение и восстановление фоторецепторных органов у двух видов пресноводных планарий // Междунар. науч. конф. “Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов”: Тез. докл. Петрозаводск, 6- сентября 2004 г. C. 89-90.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.