WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ Самарская Лука. 2008. – Т. 17, № 4(26). – С. 708-717 © 2008 С.А.Остроумов* ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕПАРАЦИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ НАРУШЕНИЙ В СИСТЕМАХ РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ: ПОИСК ЭЛЕМЕНТОВ ФУНДАМЕНТАЛЬНОГО СХОДСТВА В работе получены новые экспериментальные результаты, доказывающие, что один из важнейших процессов экологической репарации качества воды (процесс изъятия гидробионтами взвеси из воды) ингибируется загрязняющим веществом (ксенобиотиком); это указывает на элемент сходства с процессами репарации ДНК, которые также могут нарушаться ксенобиотиками и характеризуются некоторыми другими свойствами (снижение энтропии и др.), аналогичными особенностям экологической репарации.

Ксенобиотики, оказывающие негативное воздействие на процессы, важные для экологической репарации качества воды, включали различные поверхностно-активные вещества, детергенты, тяжелые металлы и др. Впервые приводятся новые экспериментальные данные о воздействии тетрадецилтриметилам-монийбромида на морские моллюски (мидии).

Ostroumov S.A. ECOLOGICAL REPARATION And RESTORATION of INFRINGEMENTS In SYSTEMS of VARIOUS LEVELS of ORGANIZATION of LIFE: SEARCH of ELEMENTS of FUNDAMENTAL SIMILARITY New experimental data were obtained that show that one of the most important processes of ecological repair of water quality (the process of removal of suspended matter by aquatic organisms) is inhibited by a pollutant (a xenobiotic), which points to some similarity or analogy with the processes of DNA repair; the latter can also be inhibited by some xenobiotics and have some other attributes (a decrease in entropy etc.) that are analogous to those of ecological repair. The xenobiotics that produced those negative effects on the processes of the ecological repair of water quality included various surfactants, detergents, and metals. New experimental data on the effects of tetradecyltrimethyl ammonium bromide on marine mussels are presented.

Для восстановления загрязненных водных экосистем используют методы биоремедиации (лат. mederi – лечить, врачевать) и фиторемедиации, * Московский государственный университет, г. Москва которые основаны на применении микроорганизмов и растений в качестве агентов и факторов, способствующих очищению среды (Остроумов, 2001).

В природных водных экосистемах идут процессы, важные для самоочищения (Алимов 1981; Сущеня 1975; Остроумов 2000а,б; Dame 1996; Wetzel, 1983), благодаря которым система поддерживает качество воды и восстанавливает его в случае не слишком больших отклонений от нормального состояния. Биологические процессы самоочищения являются природной биоремедиацией экосистемы. На экосистемном уровне организации жизни постоянно происходят процессы ремедиации, восстановления и в широком смысле слова экологической репарации ("ремонта") системы, что порождает целесообразность поиска аналогий при сопоставлении этих процессов с процессам репарации на другом (молекулярно-генетическом) уровне организации жизни – процессам репарации ДНК. Одним из оснований для такого поиска служит стремление к отысканию фундаментальных свойств жизни, проявляющихся на различных уровнях ее организации. Продолжая такой поиск, целеасообразно еще раз вернуться к анализу феномена самоочищения воды - комплекса процессов, включающего физические, химические и биологические составляющие (Остроумов, 2000а,б,в,г,д), в том числе фильтрацию воды гидробионтами. Целесообразно продолжить изучение чувствительности системы самоочищения к антропогенному воздействию (Остроумов, 2000б).

Цель данного сообщения – сообщить о результатах новых опытов по воздействию ксенобиотиков на фильтрацию воды и, используя новые данные экспериментов (с применением предложенного нами ингибиторного анализа экологических явлений [Остроумов, 2000в] и литературы, проанализировать некоторые особенности экологической репарации (деятельности биотического блока системы самоочищения) на примере процесса изъятия из воды взвеси при фильтрации воды моллюсками.

В данной работе получены новые результаты, доказывающие, что один из важнейших процессов экологической репарации качества воды (процесс изъятия гидробионтами взвеси из воды) ингибируется загрязняющими веществами (ксенобиотиками); это дополнительно указывает на элемент сходства с процессами репарации ДНК, которые также могут нарушаться ксенобиотиками и характеризуются некоторыми другими свойствами, аналогичными особенностям экологической репарации.

Методика работы. Экспериментальные исследования фильтрационной активности моллюсков проводили в основном по методике, описанной в (Остроумов,2000д, 2001а).

Изучали скорость фильтрации воды моллюсками из природной гибридной популяции Mytilus edulis x M. galloprovincialis при воздействии катионного поверхностно-активного вещества (ПАВ) тетрадецилтриметиламмоний бромида (ТДТМА). Ранее действие этого вещества исследовали на других видах гидробионтов-фильтраторов (Остроумов,2000д, 2001а).

Моллюски были собраны со дна вблизи южного побережья Англии в районе города Плимут (Plymouth). В проведенных опытах в результате фильтрации воды моллюски извлекали из нее клетки водоросли Isochrysis galbana. Снижение концентрации суспендированных в воде клеток регистрировали с помощью счетчика Култера. Температура поддерживалась при 16°С благодаря проведению экспериментов в термостатируемой комнате. В опытах использовали моллюсков, стандартизированных по весу. В опытах по изучению действия ТДТМА сырая масса индивидуумов, за редким исключением, составляла обычно 3.6-5.9 г (с раковинами), размер 30-35 мм.

В опытах по изучению действия тяжелых металлов на фильтрацию воды черноморскими моллюсками Mytilus galloprovincialis использовали методику, описанную в (Остроумов, 2000д, 2002). Расчет величины ВЭИ (воздействие на эффективность изъятия взвеси моллюсками) проводили как описано в (Остроумов,2000д, 2001а).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Полученные в опытах новые результаты свидетельствуют о нарушении фильтрационной активности моллюсков при воздействии органических и неорганических загрязняющих веществ (поллютантов, ксенобиотиков) (табл. 1 и 2). Эти результаты целесообразно обсудить в связи с процессами самоочищения водных экосистем (Остроумов, 2000г,д, 2001, 2002). Процессы самоочищения включают в себя три группы процессов:

физические, химические и биологические (Остроумов, 2000г,д, 2001). В данном сообщении мы ограничимся рассмотрением биологических процессов, которые в своей совокупности интерпретируются как экологическая репарация – восстановление качества воды. Угроза нарушению качеству воды (что вызовет разрушение местообитаний и серьезное ухудшение условий обитания гидробионтов, вплоть до исчезновения видов) проистекает с двух сторон. Такую угрозу создают две группы факторов: во-первых, антропогенные факторы; во-вторых, многие естественные процессы, включая накопление и отмирание биомассы фитопланктона, поступление в воду биогенов с окружающей территории и из донных осадков и т.д.

Сосуществование и одновременное протекание процессов ухудшения качества воды и процессов экологической репарации, направленных на восстановление качества воды, проиллюстрировано в табл. 3 (левая и средняя колонки).

Ранее был подчеркнут и анализировался тот факт, что биологические процессы самоочищения, движимые гидробионтами, высокоуязвимы для повреждающих воздействий загрязняющих веществ (Остроумов, 2000б).

Поэтому в табл. 3 указаны также опасности нарушения процессов экологической репарации, которые могут возникнуть при нарушении тех биотических звеньев экосистемы, которые ответственны за конкретные процессы (табл. 3, правая колонка).

Среди пунктов в правой колонке табл. 3 – опасность нарушения фильтрации воды. Ее изучению посвящены наши исследования, которые привели к новым подходам к решению проблемы эвтрофирования (Остроумов 2000д) и к углублению понимания роли биоразнообразия в формировании качества воды (Остроумов, 2002). В данной работе к ранее полученным результатам добавляются новые факты о действии катионного ПАВ ТДТМА на моллюсков (Mytilus edulis x M. galloprovincialis, природные популяции) (см. табл. 1), а также о действии тяжелых металлов (см. табл. 2).

Таблица Снижение фильтрационной активности атлантических мидий Mytilus edulis x M. galloprovincialis (из природной гибридной популяции) при воздействии тетрадецилтриметиламмонийбромида (ТДТМА) Концентрация Период времени Скорость фильтрации воды, в проТДТМА, (каждый период длился 50 центах от контроля (в контроле мг/л мин) ТДТМА отсутствовал) 0.05 T0-T1 64.0.05 T1-T2 84.0.1 T0-T1 47.0.1 T1-T2 48.0.3 T0-T1 39.0.3 T1-T2 49.1 T0-T1 9.1 T1-T2 8.5 T0-T1 3.5 T1-T2 2.Примечание. T0 - начальный момент эксперимента; T1 – момент времени через 50 минут после начала опыта; T2 – момент времени еще на 50 мин позже. В экспериментах участвовал Prof. J. Widdows.

Суммирование ряда последних экспериментов автора проведено в табл. 3, где для различных загрязняющих веществ приведен показатель, обобщающий данные экспериментов – так называемый индекс ВЭИ (воздействие на эффективность изъятия частиц из воды при ее фильтрации гидробионтами). Чем выше численное значение ВЭИ, тем сильнее воздействие данного загрязняющего вещества на изъятие взвешенного вещества из воды в результате ее фильтрации. Во всех строках таблицы численное значение ВЭИ превышает 100%, что указывает на ингибирование фильтрации воды и изъятия взвесей при действии всех изученных веществ. Наши новые данные хорошо согласуются с ранее известными примерами сходного действия на бентосных и планктонных фильтраторов других загрязняющих веществ (Остроумов, 2000д), в том числе пестицидов (напр., P. Donkin и соавторы (цит. по:Остроумов, 2000,г,д).

Таблица Действие различных поллютантов на изъятие взвешенного вещества из воды гидробионтами – фильтраторами (новые результаты автора, а также по материалам (Остроумов, 2000а,б,в,г, 2001, 2002) Концентра№ Вещество Организм Примечание ция, мг/л 1 сульфат кадмия Mytilus galloprovincialis 0.5 новые результаты автора 2 сульфат меди M. galloprovincialis 2 новые результаты автора 3 нитрат свинца M. galloprovincialis 20 новые результаты автора 4 бихромат калия M. galloprovincialis 0.05 ВЭИ 268% 5 СМС1 (ОМО) Unio tumidus 50 ВЭИ 187% 6 СМС2 (Tide) M. galloprovincialis 50 ВЭИ 207% 7 СМС3 (Лоск) M. galloprovincialis 7 ВЭИ 551 % 8 СМС4 (IXI) M. galloprovincialis 10 ВЭИ 158 % 9 СМС4 (IXI) M. galloprovincialis 50 ВЭИ 276 % 10 ЖМС1 (Е) M. galloprovincialis 2 ВЭИ 214 % 11 ЖМС1 (Е) Crassostrea gigas 2 ВЭИ 305 % 12 ЖМС2 (Fairy) Crassostrea gigas 2 ВЭИ 1790 % 13 ДСН несколько видов 1 и выше см.: Биологические эффекты, 1991;

Остроумов С.А 2000д.

14 Тритон Х-100 несколько видов 1 и выше см.: Биологические эффекты, 1991;

Остроумов С.А 2000д.

15 ТДТМА несколько видов 0.05 и выше см. табл. 1 и см.:

Биологические эффекты, 1991; Остроумов С.А 2000д.

Примечание: величина ВЭИ (воздействие на эффективность изъятия взвеси) рассчитана как описано в (Алимов, 1981; Сущеня, 1975; Остроумов, 2000а,б,в,г,д; Wetzel, 1983;

Dame, 1996). Обычно указывается максимальная величина ВЭИ за весь период эксперимента. СМС - синтетическое моющее средство; ЖМС - жидкое моющее средство;

ДСН-додецилсульфат натрия Таблица Некоторые процессы нарушения качества воды и противодействующие им природные процессы, которые входят в систему экологической репарации (многие процессы взаимосвязаны и накладываются друг на друга). ЗВ – загрязняющие вещества (на основе работ Остроумов 2000а, б,в, г,д, 2001, 2002; Wetzel, 1983) Потенциально возможПроцессы экологической реные нарушения экологиПроцессы нарушения парации, способствующие ческой репарации при качества воды восстановлению нарушенноантропогенных воздейстго качества воды виях Поступление в воду ЗВ и Сорбция и накопление гид- Снижение биомассы орбиогенов (соединений, робионтами ЗВ и биогенов ганизмов, сорбирующих содержащих N,P) и накапливающих вещества Поступление в воду ор- Биотрансформация: редокс- Снижение скорости биоганических и неоргани- реакции, разрушение, конъю- трансформации в резульческих веществ гация тате cнижения биомассы и активности, изменения видового состава гидробионтов Поступление в воду ор- Внеклеточная ферментатив- Снижение выделения ганических и неоргани- ная трансформация раство- внеклеточных ферментов ческих веществ ренных веществ Поступление в воду Удаление взвешенных частиц Снижение фильтрационвзвешенных частиц ор- из столба воды в результате ной активности гидроганической и минераль- фильтрации воды гидробио- бионтов ной природы нтами Поступление в воду за- Удаление ЗВ из столба воды Снижение образования грязняющих веществ в результате сорбции пелле- пеллет тами Выход биогенов и ЗВ из Предотвращение или замед- Снижение биомассы бендонных осадков в воду ление выхода биогенов и ЗВ тоса, изменение состава из донных осадков в воду в сообществ результате перехвата и накопления их организмами бентоса Снижение концентрации Выделение кислорода в воду Снижение фотосинтетикислорода в воде при в результате фотосинтеза ческой активности автоего поглощении в ходе цианобактерий, водорослей и трофных гидробионтов химических и биохими- высших водных растений ческих реакций Примечание. Таблица носит иллюстративный характер и не претендует на полноту перечисления основных процессов.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.