НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГІДРОБІОЛОГІЇ

ВИСКУШЕНКО Дмитро Андрійович

УДК 615.9: 594.38: 591.5

МОРФОФУНКЦІОНАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАВКОВИКА ОЗЕРНОГО LYMNAEA STAGNALIS (Linn, 1758) ЗА ДІЇ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

03.00.17 – гідробіологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Київ – 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Житомирському державному педагогічному університеті імені Івана Франка

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор

Стадниченко Агнеса Полікарпівна,

Житомирський державний педагогічний університет

імені Івана Франка, завідувач кафедри зоології

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор

Арсан Орест Михайлович

Інститут гідробіології НАН України, завідувач відділу

екотоксикології

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Корнюшин Олексій Вадимович

Інститут зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАН України, старший

науковий співробітник відділу фауни та систематики

безхребетних

Провідна установа: Київський національний університет

імені Тараса Шевченка, біологічний

факультет (м. Київ)

Захист відбудеться 22.10.2003 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.213.01 при Інституті гідробіології НАН України за адресою: просп. Героїв Сталінграду, 12. м. Київ, 04210

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідробіології НАН України (просп. Героїв Сталінграду, 12, м. Київ, 04210)

Автореферат розісланий 18.09.2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук Гончаренко Н.І.

ВСТУП

Актуальність проблеми. Водяні легеневі молюски належать до гідробіонтів, які досить поширені у континентальних водоймах України. Ці тварини відіграють важливу роль у кругообігу речовин і енергії у природних та штучних екосистемах, є невід’ємною частиною кормового раціону низки видів бентичних риб, а також водоплавних і болотяних птахів. Разом з тим молюски є проміжними і додатковими хазяями багатьох видів трематод, марити яких паразитують у представниках різних класів хребетних, викликаючи небезпечні захворювання тварин – трематодози. Останні супроводжуються зниженням продуктивності рибництва, птахівництва та тваринництва. Життєдіяльність легеневих молюсків, а також їх зараженість паразитами залежать в значній мірі від рівня забруднення водного середовища. А серед чинників антропічного впливу на водні екосистеми останнім часом суттєве значення набуває забруднення їх йонами важких металів.

Отже, актуальність роботи зумовлена, по-перше, прогресуючим збільшенням валового вмісту важких металів у водоймах, по-друге, недостатнім рівнем висвітлення впливу цих токсикантів на бентичні організми, що суттєво утруднює побудову екологічної системи ГДК та, нарешті, поширеністю обраного нами об’єкту дослідження у внутрішніх водоймах України, що дозволяє до певної міри екстраполювати отримані результати на близькі за способом життя види та прогнозувати вірогідні зміни бентичних біоценозів під впливом досліджених полютантів.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи: Встановити основні закономірності та особливості впливу йонів важких металів (міді, цинку, свинцю) на морфологічні та функціональні показники ставковика озерного.

Для досягнення мети було визначено такі завдання:

-

-

-

-

-

Методи дослідження – загальноприйняті гідробіологічні, токсикологічні, фізіологічні, гістологічні та паразитологічні методи.

Об’єкт дослідження – ставковик Lymnaea stagnalis, зібраний у басейні р.Тетерів (околиці Житомира).

Предметом захисту є результати досліджень, що характеризують вплив йонів міді, цинку та свинцю на поведінку, гістологічні структури та фізіологічні процеси (водний баланс, ритм серцевих скорочень, живлення та дихання) ставковика озерного.

Наукова новизна і теоретичне значення отриманих результатів. Вперше досліджено вегетацію ставковика Lymnaea stagnalis за дії на нього йонів важких металів у воді (мідь, цинк, свинець). Показано вплив різних концентрацій цих елементів на поведінкові та швидкі фізіологічні реакції, встановлено їх летальність для ставковика, з’ясовано особливості водного балансу, серцевої діяльності, особливостей трофіки та дихання цього молюска за дії йонів важких металів водного середовища. Оцінено особливості накопичення цих полютантів у різних органах та тканинах ставковика, визначено зону їх токсичної дії, коефіцієнти витривалості, латентний період та ступінь чутливості ставковика за дії згаданих отруйних речовин. Робота є першим комплексним дослідженням впливу йонів важких металів (міді, цинку, свинцю) на морфофункціональні характеристики ставковика озерного. Отримані дані поповнять відповідні розділи теоретичної біології, зокрема, зоології безхребетних, екології, гідробіології, малакології, водної токсикології, тощо.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно визначив тему, мету, основні завдання наукової роботи і освоїв методи їх вирішення, зібрав матеріал для досліджень, виконав постановку токсикологічних дослідів, аналіз отриманих результатів, їх узагальнення та формулювання висновків.

Практичне значення роботи. Отримані результати придатні для більш точного встановлення гранично допустимих концентрацій йонів важких металів у водоймах загального користування. Можуть бути застосовані при використанні ставковика озерного як біоіндикатора рівня забруднення водойм важкими металами. Важливим результатом наших досліджень є можливість їх застосування у сільському господарстві (тваринництво, птахівництво, рибництво), оскільки ставковик є облігатним проміжним хазяїном трематод, які викликають небезпечні гельмінтози тварин, а його життєдіяльність, екстенсивність та інтенсивність інвазії залежать значною мірою від антропічних чинників, в тому числі й від забруднення водного середовища важкими металами.

Апробація результатів роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на міжнародних, всеукраїнських та краєзнавчих з’їздах, нарадах та конференціях: Міжнародній науково-практичній конференції “Вода и здоровье-98” (Одеса, 1998); Четвертом совещании по изучению моллюсков (наземных, морских, пресноводных) (Санкт-Петербург, 1998); Четвертій Всеукраїнській конференції “Екологія і освіта: питання теорії та практики” (Черкаси, 1998); ІІІ-ій Всеукраїнській науково-практичній конференції “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2000); Всеукраїнській науковій конференції “Екологічна наука та освіта в педагогічних вузах України” (Умань, 2000); Міжнародній науково-практичній конференції “Экологические проблемы городов, рекреационных зон и природоохранных территорий” (Одесса, 2000); Міжнародній науково-краєзнавчій конференції “Житомирщина на зламі тисячоліть” (Житомир, 2000); Студентській науковій конференції “Актуальні питання вивчення та збереження біологічного різноманіття” (Київ, 2001); ІV-ій міжнародній науково-практичній конференції “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2001); ІІІ-ому з’їзді Гідроекологічного товариства України (Тернопіль, 2001); Всеукраїнській зоологічній конференції “Зоологічні дослідження в Україні на межі тисячоліть” (Кривий Ріг, 2001); Конференції молодих вчених “Сучасні питання і проблеми зоологічної науки” (Київ, 2002); V-ій міжнародній науково-практичній конференції “Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2002); Міжнародній науковій конференції “Молюски. Основні результати, проблеми та перспективи досліджень” (Житомир, 2002);

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 22 друкованих праць (3 з них – у провідних фахових виданнях).

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, основної частини (6 глав та узагальнення), висновків та списку літератури із 210 найменувань (з них – 157 джерел на кирилиці, 53 – на латиниці). Основну частину викладено на 108 сторінках машинописного тексту. Робота містить 95 ілюстрацій: 7 фотографій, 39 рисунків та 49 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

Глава 1. ВПЛИВ НА МОЛЮСКІВ ІОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА (ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД)

На основі даних вітчизняних та зарубіжних авторів показано токсичність важких металів для гідробіонтів. Наведено джерела їх надходження у водне середовище, шляхи потрапляння у організм водних тварин та механізм впливу на нього цих токсикантів.

У результаті аналізу літературних джерел виявлено, що жоден із аспектів життєдіяльності ставковика за дії на нього йонів важких металів (Cu2+, Pb2+ і Zn2+) не можна вважати достатньо дослідженим. Більше того, стає очевидною необхідність у проведенні комплексного дослідження для з’ясування цієї проблеми у зв’язку із зростаючим забрудненням йонами цих металів водних екосистем.

Глава 2. МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Об’єктом дослідження був ставковик озерний Lymnaea stagnalis L., зібраний в басейні р. Тетерів у період з 1997 по 2001 рр.

Акваріумне утримання молюсків проводили за методикою А.П.Стадниченко (1986). Адаптація до лабораторних умов тривала 14 діб. Саме такий час потрібний (Хлебович, 1981) для настання пристосовних змін, що відбуваються у всіх еукаріотичних тварин при зміні умов навколишнього середовища.

Токсикологічні досліди поставлено за методикою В.А.Алексеєва (Алексеев, 1981). Після обробки інформації, отриманої в ході експериментів, встановлювали основні токсикологічні показники: найбільшу концентрацію, в якій всі тварини залишаються протягом експозиції живими, – LC0 (ЛК0) та найменшу концентрацію, в якій усі тварини за час експозиції гинуть, – LC100 (ЛК100). Значення LC50 (ЛК50) отримували графічним методом (Прозоровский, 1960). У межах показників LC0 – LC50 підбирали концентрації для проведення основного (хронічного) досліду, виходячи з того, що концентрації токсикантів, яким притаманна виражена токсична дія на організм, звичайно знаходяться у діапазоні 0,5-0,1 LC50 (Лукьяненко, 1967).

Для гістологічних досліджень матеріал фіксували рідиною Буена (Пирс, 1962). Серійні зрізи товщиною 5-10 мкм виготовляли за загальноприйнятою методикою (Захваткін, 1961).

Досліди з вивчення фізіології дихання молюсків поставлено за методикою А.П. Стадниченко та ін. (1990).

Для встановлення показників живлення користувались методиками А.П. Сушкіної (Сушкина, 1949) та О.А. Цихон-Луканіної і ін.(1968).

Визначення видової приналежності паразитів проводилось на живому матеріалі (Здун, 1961). Екстенсивність інвазії визначали за формулою (Петрушевский, Петрушевская, 1960). Статистичну обробку результатів всіх вищенаведених досліджень було здійснено за Г.Ф.Лакіним (Лакин, 1973) з використанням ЕОМ.

Глава 3. ТОКСИЧНІСТЬ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ДЛЯ LYMNAEA STAGNALIS

Орієнтовним дослідом (Алексеев, 1981) встановлено значення основних токсикологічних показників (табл. 1). Виходячи з них, з’ясовано зони токсичної активності досліджуваних полютантів: сульфат міді - <0,1-10; хлорид цинку - <1-100; нітрат свинцю - <1-100 мг/дм3. Латентний період для всіх згадуваних токсикантів у ставковика коливається в межах 10-30 хв.

Таблиця 1.

Основні токсикологічні показники (мг/дм3) для ставковика озерного, підданого 48-годинній дії розчинів солей важких металів (у розрахунку на йони металів)

Токсикант | LC0 | LC50* | LC100

Сульфат

міді | 0,04 | 0,8 | 4

Хлорид

цинку | 0,48 | 9,56 | 47,8

Нітрат

свинцю | 0,63 | 12,5 | 62,5

*Встановлено графічно за (Прозоровский, 1960)

Процес отруєння ставковика носить фазний характер. У його перебігу виділяємо п’ять фаз (Веселов, 1968), що відображено у табл. 2.

На початкових етапах отруєння пристосування до умов токсичного середовища відбувається за рахунок змін у етології тварин. Майже одночасно з ними реєструються і швидкі фізіологічні захисно-пристосувальні реакції. У подальшому починають переважати патологічні зрушення, що в решті решт призводять до летальних наслідків.

Таблиця 2.

Фази процесу отруєння ставковика за дії різних концентрацій солей важких металів (мг/дм3)

Фаза отруєння | Токсикант | Реакції

Сульфат

міді | Хлорид цинку | Поведін-

кові | Фізіоло-

гічні

Байдужість | 0-0,1 | 0-1

Стимуляція | 0,1-1 | 1-10 | +

Депресія | 1-10 | 10-100 | + | +

Сублетальна | 10-100 | 100-1000 | +

Летальна | 100 і >1000 і > | +

При концентрації 1-10 мг/дм3 сульфату міді в середовищі ставковики вже через 10 хв від початку досліду переходять у збуджений стан, швидко здійснюючи цілеспрямоване пересування у одному напрямку – вгору по стінках акваріумів. Однак через 3 год від початку досліду при концентраціях 1 та 10 мг/дм3 сульфату міді у воді 80 та 90% тварин (відповідно), як правило, нерухомо лежать на дні акваріумів. Досліджуваний токсикант у концентрації 100 мг/дм3 одразу ж повністю пригнічує рухову активність ставковиків.

При 1 мг/дм3 токсиканту перші ознаки ослизнення тіла з’являються через 12 год від початку досліду і наявні лише у частини тварин (20%). У подальшому кількість молюсків із посиленим процесом ослизнення тіла збільшується. При 10 мг/дм3 цього полютанту перші ознаки ослизнення тіла нами виявлено через 3 год експозиції у 40% тварин, а при 100 мг/дм3 і такій же експозиції ця реакція проявляється лише у 30% особин, що вказує на пригнічення секреторної функції шкірних слизових залоз.

При 1 мг/дм3 сульфату міді у середовищі реакція випадіння спостерігається через 3 год, а при 10 мг/дм3 названого токсиканту – через 24 год від початку досліду. При більш високих концентраціях полютанту у воді її не зареєстровано.

Експозиція ставковиків у воді, що містить 1-100 мг/дм3 сульфату міді, досить швидко викликає загибель піддослідних тварин. Так, при 1 мг/дм3 досліджуваного полютанту у водному середовищі 100%-ова загибель ставковиків спостерігається через 8, при 10 – через 2 доби, а при 100 мг/дм3 – через 6 год. У слабких концентраціях цієї солі піддослідні тварини довгий час зберігають життєздатність. Наприклад, при 0,1 мг/дм3 токсиканту у воді перших загиблих тварин зареєстровано на 33-тю (10%), а при 0,01 мг/дм3 – на 35-ту добу (10%) від початку досліду.

Яскравим показником, що характеризує амплітуду коливання фізіологічного статусу та токсикорезистентності окремих особин у вибірці, є коефіцієнт витривалості. На відміну від лужних металів, ефективність пристосування до яких у вторинноводних легеневих молюсків знаходиться у прямій залежності від концентрації токсиканту в середовищі (Стадниченко та ін., 1995), зміна концентрацій важких металів майже не впливає на значення КВ, становлячи для сульфату міді – 1,212-1,264. Це свідчить про те, що механізм токсичного впливу важких металів на гідробіонтів сильно відрізняються від такого для інших полютантів. Крім того, очевидна відсутність ефективних природних шляхів протидії важким металам у ставковика, оскільки, якби такі механізми існували, то хоча б у незначної частини вибірки токсикорезистентність до досліджуваних отруйних речовин була б вищою порівняно з іншими особинами. Отже, гідробіонти у процесі еволюції не виробили достатньо ефективних засобів протидії цим хімічним елементам і при досягненні певного рівня токсичного ефекту їх у воді не можуть пристосовуватися до них.

При моніторингу рівня забруднення водного середовища важкими металами та вивченні їх впливу на гідробіонтів одними з найуживаніших показників є коефіцієнт накопичення (КН) та коефіцієнт донної біологічної акумуляції (КДБА). Найбільші кількості міді у ставковика озерного кумулюються в гепатопанкреасі (7,25±0,35 мкг/г), на другому місці – гемолімфа (4,41±0,24 мкг/г), далі йдуть вісцеральна маса та нога (3,75±0,22 і 2,81±0,18 мкг/г).

При 5 мг/дм3 токсиканту у воді, як і при нижчих його концентраціях, тварини спочатку проявляють тенденцію до незначного накопичення води в організмі, а потім починають поступово її втрачати.

Так, через 36 год від початку досліду зменшується маса їх тіла на 11,2% (Р=94,76%). Зі збільшенням концентрації сульфату міді статистично вірогідний негативний водний баланс спостерігається раніше та різкіше виражений (маса тіла ставковиків зменшується значно більше). При 6 мг/дм3 полютанту у воді знижується маса тіла молюсків на 18,7%, а при 6 та 7 мг/дм3 (рис.2) – на 22,1 та 20,3% відповідно (Р>99,99%).

Однаковий рівень поведінкових та фізіологічних реакцій викликається, як правило, неоднаковими концентраціями використаних у дослідах токсикантів, а саме: більш низькими концентраціями сульфату міді та більш високими (в середньому на порядок) концентраціями хлориду цинка.

Так, при витримуванні ставковиків у воді з концентрацією 10 та 100 мг/дм3 хлориду цинка вже через 30 хв від початку експозиції у них проявляється реакція уникнення, а через 6 та 3 год відповідно тварини повністю втрачають рухову активність.

Реакція випадіння спостерігається у особин, експонованих при 10 мг/дм3 токсиканту у середовищі протягом 24 год від початку досліду. У більш концентрованих розчинах досліджуваного полютанту її не зареєстровано.

Істотні зміни водного балансу у ставковика виявлено при 48-годинній експозиції при концентрації 50 мг/дм3 хлориду цинка. При цьому зменшується маса їх тіла на 10,9% (Р=95%). Зі збільшенням концентрації токсиканту процес зниження маси тіла піддослідних тварин, як і у випадку з сульфатом міді, прогресує.

Взагалі, у ставковиків негативний водний баланс виявлено лише на сублетальній та летальній фазах отруєння, що пояснюється, на наш погляд, виключною роллю води у життєдіяльності організму. Адже суттєві втрати її призводять до неможливості протікання у звичайному ритмі більшості біохімічних реакцій, притаманних організму і швидко призводять до загибелі тварин.

Кількісна послідовність накопичення цинку у різних органах та тканинах досліджуваних молюсків така: гепатопанкреас > нога > вісцеральна маса > гемолімфа (1,31±0.08; 1,11±0,07; 0,94±0,06 та 0,23±0,02 мкг/г відповідно).

Незважаючи на той факт, що свинець вважається одним із найбільш токсичних важких металів для тварин, отримані нами відомості свідчать, що L. stagnalis має приблизно однакову чутливість до свинцю та до цинку, а чутливість його до міді вища, ніж до обох вищезгаданих токсикантів.

Нами досліджено дію 11 розчинів нітрату свинцю на водний баланс ставковика, а саме: 0,001, 0,01, 0,1, 1, 10, 100, 1000, 10000, а також 5, 15 та 25 мг свинцю на 1 дм3 води, що знаходяться у межах від LC0 до LC50. При 0.001 та 0,01 мг/дм3 нітрату свинцю в середовищі за 48-годинної експозиції ставковиків загальна маса їх тіла майже не змінюється, а при 0,1-10000 мг/дм3 токсиканту спостерігається прогресуюча дегідратація тварин у напрямку збільшення кількості свинцю у середовищі.

Найбільші значення КН характерні саме для йонів свинцю, на другому місці перебуває мідь, на третьому – цинк. Щодо КДБА, то тут картина дещо інша. Загалом спостерігаються ті ж тенденції, що і у КН, за винятком гепатопанкреаса, значення обговорюваного показника для якого по міді дещо більші.

Депонування свинцю найінтенсивніше відбувається в нозі (9,48±0,71 мкг/г), майже однакові кількості його виявлено в гепатопанкреасі та гемолімфі (7,85±0,51 та 7,75±0,46 мкг/г відповідно), а найменші – у вісцеральній масі (4,39±0,23 мкг/г). Слід відмітити, що значення КДБА на декілька порядків нижчий, ніж КН. Це цілком закономірно, оскільки донні відклади є природними кумуляторами важких металів.

Глава 4. ГІСТОЛОГІЧНА КАРТИНА ОТРУЄННЯ L. STAGNALIS ЗА ДІЇ ЙОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА

При 1 мг/дм3 сульфату міді у воді вже через 24 год після початку досліду виявлено набрякання циліндричного миготливого епітелію голови та ноги. Форма його клітин значно змінюється, а саме – вони стають майже кубічними. При цьому епітеліальний шар потроху відстє від базальної мембрани. Однак цей процес має місце приблизно лише у 30% ставковиків. На підставі наших досліджень, вплив сульфату міді на епітелій голови та ноги ми поділяємо на чотири фази, а вищеописана картина гістологічних зрушень при цьому якраз і відповідає першій з них. При цій же концентрації токсиканту за 48-годинної експозиції у молюсків відбувається злущування та відторгнення епітелію. Цей процес охоплює до 25% загальної поверхні тіла ставковиків. При цьому руйнується також міжклітинний цемент. Такий рівень ушкодження відповідає другій фазі впливу токсиканту на гістологічну картину покривів тіла та вистилки порожнини легень.

При 10 мг/дм3 сульфату міді у воді чітко фіксуються перша та друга фази перебігу патологічного процесу у ставковика (12 та 24 год від початку експозиції відповідно), а при 100 мг/дм3 через 6 год від початку досліду наступає (третя) його фаза. На ній патологічний процес заходить іще далі, а злущення епітелію відбувається на ділянках, що становлять від 25 до 50% загальної поверхні тіла ставковика. Іноді ж виявляється і інтенсивний цитоліз покривного епітелію. Через 12 год від початку досліду з концентрацією полютанту 100 мг/дм3 зафіксовано четверту (останню) фазу дегенерації епітелію голови та ноги. Вона відрізняється від попередньої, перш за все, ступенем ушкодження покривів тіла (епітелій злущується на ділянках, що охоплюють понад 50% поверхні тіла тварин). Крім того, тут досить часто реєструються цитоліз та каріолізис.

Гістологічні зрушення гепатопанкреаса, які мають місце у перебігу процесу отруєння цих тварин, також мають фазний характер. На першій фазі (0,1 мг/дм3; 24-48 год) наступають незначні деструктивні зміни, які полягають, перш за все, у деформації клітин сполучної тканини. Друга фаза (1 мг/дм3; 36-48 год) характеризується дегенерацією клітин сполучної тканини та клітин стінок ацинусів, з’являються перші ознаки деструкції клітинних елементів сполучної тканини, котрі втрачають при цьому свої цементуючі властивості. Іноді спостерігається плазморексис, який відбувається внаслідок втрати тваринами частини тканинної води. Однак усі вищеописані явища на цій фазі отруєння молюсків зачіпають зазвичай лише незначні за площею ділянки залози. При 10 мг/дм3 (36 год після початку досліду) на третій фазі отруєння вказані процеси посилюються, а руйнація охоплює до 40-50% сполучної тканини гепатопанкреаса. Посилюється також процес руйнування вапнякових та печінкових клітин, які утворюють стінки ацинусів. Звичайним для цієї фази є й ушкодження сполучнотканинної капсули, що оточує травну залозу. Остання – четверта фаза патологічних змін гепатопанкреаса (100 мг/дм3; 6 год від початку експозиції) супроводжується подальшим поглибленням усіх цих процесів, а обсяг зруйнованих тканин, як правило, значно перевищує 50%.

Подібні зрушення відбуваються і у статевій залозі. Зі збільшенням експозиції та концентрації токсиканту у водному середовищі дегенерації та руйнуванню підпадають сполучна тканина та ацинуси статевої залози ставковиків.

Хлорид цинку, як і сульфат міді викликає у ставковика дегенеративно-некротичні зрушення в усіх із досліджених нами тканинах та органах. Але патологічні зміни однакового ступеня спричиняються, як правило, на порядок більшими концентраціями хлориду цинка (за умови однакової експозиції). Однак це правило не “спрацьовує” при порівнянні зрушень у гістологічній структурі гепатопанкреаса, викликаних вказаними токсикантами. Так, при перебуванні тварин у воді з низькими концентраціями цих полютантів (0,1-10 мг/дм3) картина зрушень є майже тотожною. Але у більш високих концентраціях даних солей важчі патологічні наслідки швидше настають у воді з сульфатом міді. Однак з плином часу у ставковиків, які перебували у середовищі, що містило таку ж кількість хлориду цинка, спостерігались патологічні зміни того же рівня, що й у відповідних розчинах сульфату міді.

Гістологічні зрушення у ставковиків, які виникають за дії нітрату свинцю, суттєво не відрізняються від таких, що спостерігаються у відповідних концентраціях хлориду цинка. Проте однакові фази ушкодження у значній кількості випадків настають тут трохи раніше, ніж за дії хлориду цинка.

Глава 5 ФІЗІОЛОГІЧНІ ВІДПРАВЛЕННЯ СТАВКОВИКА ОЗЕРНОГО ЗА ДІЇ ЙОНІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ

5.1. Вплив сульфату міді та хлориду цинка водного середовища на серцеву діяльність L. stagnalis

У ставковиків, експонованих протягом 48 год у воді з концентрацією сульфату міді 0,2 мг/дм3, СК (серцевий коефіцієнт) становить 116%, а при 1 мг/дм3 сульфату міді у воді – 52%. Отже, 1 мг/дм3 даного токсиканту у середовищі призводить до наступної після стимуляції фази патологічного процесу, викликаного отруєнням тварин, - депресії.

У молюсків, які знаходились у водному середовищі, що містить 1,8 мг/дм3 сульфату міді, ритм серцевих скорочень уповільнюється ще більше, знижуючись в середньому в 4-5 разів порівняно з контролем.

Зі зростанням концентрації хлориду цинка у воді від 2 до 18 мг/дм3 у молюсків наступає прогресуюча тахікардієя. Так, при 2 мг/дм3 цього токсиканту у воді СК ставковика на 21% вищий, ніж у контролі, а темп серцевих скорочень варіює у межах 10-35 уд./хв.

5.2. Особливості трофіки L.stagnalis за дії сульфату міді та хлориду цинка водного середовища

На відміну від інших фізіологічних досліджень, в яких нами використано сульфат міді у концентраціях 0,2, 1 та 1,8 мг/дм3, при вивченні особливостей живлення ставковика ми застосували 0,2, 0,4 та 0,6 мг/дм3 токсиканту. Це викликане тим, що у концентраціях сульфату міді, більших за 0,6 мг/дм3, ставковики майже не споживають їжу.

Встановлено, що під впливом усіх використаних у наших дослідах концентрацій сульфату міді значення ВСР та ТПЇ ставковика озерного прогресуюче знижуються. Але при 0,2 мг/дм3 сульфату міді у воді значення КЗЇ зростають на 17,7% в порівнянні з контролем.

При 0,4 мг/дм3 токсиканту в середовищі відбувається деяке зниження у ставковика КЗЇ (відносно його значень у попередній концентрації). Але величина цього показника усе ще залишається дещо більшою за контрольну.

При 0,6 мг/дм3 сульфату міді у воді величини всіх досліджуваних нами показників живлення ставковиків значно зменшуються. Це є наслідком розвитку у них депресивної фази загального патологічного процесу отруєння.

Однак, 48-годинна експозиція ставковиків навіть при 0,2 мг/дм3 сульфату міді у воді різко знижує (більше, ніж на 30%) ЕЖ. У подальшому величина цього показника продовжує зменшуватись, становлячи при 0,6 мг/дм3 цієї солі у середовищі 0,22%. Отже, зростання значення КЗЇ лише частково може компенсувати прогресуюче падіння ВСР досліджуваного нами молюска.

Підсумовуючи все сказане можна стверджувати, що у ставковика за дії вже 0,2 мг/дм3 сульфату міді у воді живлення знаходиться на депресивній фазі розвитку патологічного процесу.

За дії на ставковика хлориду цинку у нього спостерігаються ті ж тенденції, як і у випадку зі сульфатом міді.

Наведені вище результати наших досліджень свідчать про те, що живлення досить чутливо відображає зміни інтенсивності та направленості обмінних процесів у ставковиків. Це дозволяє використовувати застосовані нами показники як індикатори функціонального стану організму в нормі і за дії на них екстремальних подразників хімічної природи, в тому числі і токсичних речовин.

5.3. Дихання L .stagnalis за дії сульфату міді та хлориду цинка водного середовища

Як показали наші дослідження, вже при 0,2 мг/дм3 сульфату міді у воді спостерігається статистично вірогідне зменшення інтервалу між наступними заборами повітря у ставковиків. Однак при 1 мг/дм3 токсиканту в середовищі тенденція змінюється – інтервали спочатку збільшуються на 11,5% (порівняно з контролем), а потім (при 1,8 мг/дм3) – на 27%.

Протилежна картина виявлена при дослідженні тривалості “вдиху” та об’єму повітря, що вдихається за один раз. За концентрації сульфату міді у воді 0,2 мг/дм3 має місце тенденція до збільшення величини цих показників (відповідно на 12,2 та 11,2%), а при 1,8 мг/дм3 значення їх знижуються на 12,4 та 19,1% у порівнянні з контролем.

Отже, можна стверджувати, що зменшення інтервалів між кожними двома послідовними заборами повітря, а також збільшення тривалості “вдиху” та кількості поглинутого за один раз повітря – це фізіологічні процеси, спрямовані на компенсацію патологічних впливів токсиканту на організм. Концентрацію сульфату міді 0,2 мг/дм3, в якій у ставковиків відбуваються згадані вище процеси, можна вважати такою, що відповідає другій фазі розвитку патологічного процесу отруєння (Веселов, 1968) – стимуляції.

В умовах, за яких тварини не здатні дихати атмосферним повітрям, у них при концентрації 0,2 мг/дм3 токсиканту в середовищі тривалість виживання порівняно з контролем не змінюється. Статистично вірогідні відхилення з’являються лише за дії на ставковика концентрації сульфату міді 1 мг/дм3. Тривалість виживання молюсків за таких обставин знижується з 33,21±1,44 до 29,09±1,39 год (Р=96,08). У відсотковому вираженні тривалість виживання зменшується на 12,41%. При 1,8 мг/дм3 досліджуваної солі величина цього показника зменшується ще більше (на 27%).

Результати дослідження свідчать, що у піддослідних тварин, які знаходились у середовищі з 2 мг/дм3 хлориду цинка, різко зменшується інтервал між актами дихання. Тривалість “вдиху” при 2 та 10 мг/дм3 хлориду цинка у воді зростає. Так, тварини спочатку збільшують тривалість забору повітря на 12, а потім – на 34,3%. Але при 18 мг/дм3 вказаного полютанту тривалість “вдиху” починає падати, хоч і залишається ще значно вищою за контрольні величини.

Кількість одноразового забору повітря ставковиками спочатку зростає на 12% (при 2 мг/дм3), а потім (10-18 мг/дм3) проявляє тенденцію до зменшення.

У тварин, позбавлених можливості дихати атмосферним повітрям, з підвищенням концентрації токсиканту від 10 до 18 мг/дм3 знижується рівень життєздатності.

Глава 6. ЖИТТЄДІЯЛЬНІСТЬ СТАВКОВИКА ЗА СУКУПНОЇ ДІЇ ІНВАЗІЇ ТА СОЛЕЙ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ

Трематодна інвазія ускладнює перебіг патологічного процесу, викликаного отруєнням молюсків-хазяїв токсикантами. У більшості випадків інвазовані партенітами та личинками трематод тварини значно швидше піддаються дії токсиканту порівняно з неінвазованими особинами. Це видно з перебігу швидких поведінкових та фізіологічних реакцій, які проявляються у них значно скоріше та часто виражені набагато яскравіше.

В уражених гельмінтами тварин, в залежності від рівня інтенсивності інвазії по-різному відбувається перебіг патологічного процесу, викликаного дією на них іонів важких металів. При незначній інтенсивності інвазії вплив паразитів майже не помітний, але середній її рівень, як і генеральне ураження гепатопанкреасу, суттєво пригнічує життєдіяльність організму, викликаючи більш різку відповідь таких тварин на дію досліджуваних токсикантів Зміни у поведінці та фізіології у них наступають за цих умов набагато швидше, скоріше настає і їх загибель.

ВИСНОВКИ

1. Накопичення йонів важких металів у великих кількостях в різних органах та тканинах ставковика пригнічує перебіг багатьох його фізіологічних систем, що може призвести до летальних наслідків.

2. Зоною токсичної активності йонів сульфату міді для ставковика є <0,1-10мг/дм3, а для хлориду цинка та нітрату свинцю - <1-100 мг/дм3. На фазі стимуляції у нього спостерігаються захисно-пристосувальні реакції (уникнення затруєного середовища, ослизнення тіла), а при розгорнутому патологічному процесі – патологічні (ослаблення, а пізніше повна втрата рухової активності, харчового і статевого рефлексів, утворення розлитих набряків, реакції випадіння та обмирання).

3. Ставковики, опинившись у затруєному важкими металами середовищі, спочатку проявляють тенденцію до збільшення маси свого тіла, однак, пізніше починають проявляти ознаки негативного водного балансу, що є чіткою патологічною ознакою.

4. Перші фази ушкодження гістологічних структур у піддослідних тварин мають місце при 0,1 мг/дм3 для всіх досліджених токсикантів, що переконливо доводить можливість використання цього показника для ранньої діагностики отруєння ставковика важкими металами, оскільки жодна з інших досліджених нами тест-функцій ставковика не відхиляється від контрольних значень за цієї концентрації при застосуванні будь-якого з обраних нами полютантів.

5. Серцева діяльність ставковика надзвичайно чутлива до дії йонів сульфату міді у водному середовищі. Великі їх кількості призводять до розвитку у L. stagnalis різкої брадикардії, а зі збільшенням концентрації йонів цинку у воді (2-18 мг/дм3) спостерігається прогресуюча тахікардія.

6. Депресія живлення наступає у ставковика вже при 0,2 мг/дм3 сульфату міді, незважаючи на те, що для більшості інших фізіологічних процесів (серцебиття, дихання) подібне має місце лише при 1 мг/дм3 полютанту.

7. Компенсація негативних впливів токсикантів на ставковика досягається підвищенням на початкових етапах його отруєння коефіцієнту засвоєння їжі. При концентрації 0,2 мг/дм3 сульфату міді у воді величина цього показника збільшується в порівнянні з контролем на 17,65 % (Р=99,85%).

8. При 0,2 мг/дм3 сульфату міді та 2 мг/дм3 хлориду цинка у воді ставковики протиставляють патологічній дії досліджуваних полютантів збільшення інтенсивності дихання, а отже і зростання основного обміну речовин. Однак, це пристосування до дії йонів важких металів є відносним, оскільки великі енергетичні затрати компенсуються лише частково і в решті решт це призводить до дефіциту макроергічних речовин у організмі тварин. Отже, енергетичний дисбаланс стає однією з причин загибелі тварин у токсичному середовищі.

9. Низький рівень трематодної інвазії, як правило, є стимулюючим для молюсків, а середня та генеральна інвазія призводять до пригнічення всіх із досліджених нами функцій їх організму. За дії важких металів на ставковика інвазія у більшості випадків стає додатковим обтяжуючим чинником перебігу патологічного процесу, зменшуючим токсикорезистентність тварин.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ:

1. Стадниченко А.П., Киричук Г.Є., Янович Л.М., Мельниченко Р.К., Гарбар О.В., Вискушенко Д.А., Куницький В.В., Куркчі Л.М. Сучасний стан водного басейну Житомирщини та його вплив на здоров’я населення // Вода и здоровье-98: Тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. – Одесса, 1998. – С. 44-48

2. Вискушенко Д.А., Бенедик С.В., Поповичук О.І. Вплив азотнокислого свинцю на водний баланс ставковика озерного (Mollusca: Pulmonata: Lymnaeidae) // Вісник Житомирського педагогічного університету. – 1999. – вип. 4. – С.87-88

3. Стадниченко А.П., Иваненко Л.Д., Куркчи Л.Н., Витковская О.В., Калинина Н.Н., Выскушенко Д.А., Шевчук А.В. Влияние трематодной инвазии на накопление ионов тяжелых металлов пресноводными моллюсками (Gastropoda: Pulmonata: Pectinibranchia) // Паразитология. – 1998. – Т. 32, № 4. – С. 357-362

(автором дисертації зібрано матеріал, підготовлено проби для визначення йонів важких металів (Cu2+, Zn2+, Pb2+) атомно-абсорбційним спектрофотометром, а отримані результати оброблено методами варіаційної статистики)

4. Вискушенко Д.А. Накопичення іонів важких металів ставковиком озерним // Екологічна наука і освіта в педагогічних вузах України: Матеріали Всеукр. наук. конф. – К.: Наук. світ, 2000. – С. 44

5. Вискушенко Д.А. Вплив сульфату міді на захисно-пристосувальні та патологічні реакції ставковика озерного // Екологія. Людина. Суспільство: ІІІ Всеукр. наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених. – К.: НТУУ “КПІ”, 2000. – С. 15-16

6. Стадниченко А.П., Киричук Г.Є., Янович Л.М., Іваненко Л.Д., Куркчі Л.М., Вискушенко А.П., Сластенко М.М., Вискушенко Д.А., Мельниченко Р.К., Гарбар О.В., Мінюк М.Є., Хренов М.В., Шевчук О.В., Магдич Н.В., Дзебань Н.В. Еколого-медична ситуація Житомирщини // Экологические проблемы городов, рекреационных зон и природоохранных территорий: Одесса: ОЦНТЭИ, 2000. – С. 332-336

7. Вискушенко Д.А. Вплив важких металів на прісноводну бентофауну Житомирщини // Велика Волинь: Житомирщина на зламі тисячоліть. – Т. 21. - Житомир: М.А.К., 2000. – С. 256-257

8. Выскушенко Д.А. Влияние хлорида цинка на защитно-приспособительные и патологические реакции прудовика озерного // Автореф. докл. ІV совещ. по изучению моллюсков (наземных, морских, пресноводных): СПб., 27-29 октября 1998: СПб., 2000. – С. 20-21

9. Вискушенко Д.А. Екологічний моніторинг як засіб збереження біологічного різноманіття з використанням Lymnaea stagnalis (Mollusca, Gastropoda, Pulmonata) як тест-обєкта // Актуальні питання вивчення та збереження біологічного різноманіття: Мат. студ. наук. конф. – К.: МСУ, 2001. – С. 18-20

10. Вискушенко Д.А., Минюк М.Є., Чорномаз Т.В., Василенко О.М. Інвазія як обтяжуючий чинник при антропічному пресингу // Екологія. Людина. Суспільство: ІV Міжнародна наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених. – К.: НТУУ “КПІ”, 2001. – С. 19

11. Вискушенко Д.А., Мінюк М.Є., Чорномаз Т.В. Найактуальніші екологічні проблеми Житомирщини // Сучасні екологічні проблеми Українського Полісся та суміжних територій. – Матеріали Міжнародної наук.-практ. конф. – Ніжин, 2001. – С. 23-25

12. Вискушенко Д.А., Минюк М.Є., Чорномаз Т.В., Василенко О.М. Вплив інвазії на деякі тест-функції молюсків // Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету ім.Володимира Гнатюка. Серія: Біологія, № 4 (15) Спеціальний випуск: Гідроекологія. – 2001. – С. 35-36

(Автором дисертації зясовано вплив інвазії на основні трофологічні показники ставковика озерного)

13. Вискушенко Д.А. Серцева діяльність Lymnaea stagnalis в умовах його інтоксикації хлоридом цинку // Вісник Житомирського педагогічного університету. – 2001. – вип. 8. – С.223-227

14. Стадниченко А.П., Вискушенко Д.А., Пінкіна Т.В. Показники фізіологічного статусу зоологічних тест-об’єктів у системі екологічного моніторингу // Зоологічні дослідження в Україні на межі тисячоліть: Матеріали Всеукр. зоол. конф. – Кривий Ріг: I.B.I. – 2001. – С. 24-26

15. Вискушенко Д.А. Вплив сульфату міді на деякі фізіологічні процеси ставковика озерного // Зоологічні дослідження в Україні на межі тисячоліть: Матеріали Всеукр. зоол. конф. – Кривий Ріг: I.B.I. – 2001. – С. 88-90

16. Выскушенко Д.А. Влияние сульфата меди на сердечную деятельность прудовика озерного (Mollusca: Gastropoda: Pulmonata) при заражении партенитами трематод // Паразитология. – 2001. – Т.35, вып.4. – С. 320-327

17. Вискушенко Д.А., Чорномаз Т.В., Василенко О.М. Зміни водного балансу у молюсків під впливом стресуючих факторів навколишнього середовища // Екологія. Людина. Суспільство: V Міжнародна наук.-практ. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених. – К.: Політехніка, 2002. – С. 54-55

18. Бондарчук Ю.М., Вискушенко Д.А. Токсичність важких металів для ставковика (Mollusca: Pulmonata: Lymnaeidae) // Вісник Житомирського педагогічного університету. – 2002. – Вип. 10. – С.163-165

19. Вискушенко Д.А., Павельчук Т.М., Шимкович О.Д. Вплив сульфату міді на водний баланс Lymnaea stagnalis // Вісник Житомирського педагогічного університету. – 2002. – Вип. 10. – С.166-169

20. Вискушенко Д.А. Морфологічні зміни у ставковика за дії трематодної інвазії та солей важких металів // XІІ Конференція Українського товариства паразитологів (Севастополь, 10-12 вересня 2002 р.): Тези доповідей. – Київ, 2002. – С. 22

21. Выскушенко Д.А. Реагирование прудовика озерного (Lymnaea stagnalis L.) на воздействие сульфата меди и хлорида цинка // Гидробиол. журн. – 2002. – Т. 38, № 4. – С. 86-92

22. Вискушенко Д.А. Вплив сульфату міді та хлориду цинку на живлення Lymnaea stagnalis // Вісник ДАУ. – 2002. – №2. – С. 196-200

АНОТАЦІЇ

Вискушенко Д.А. Морфофункціональні характеристики ставковика озерного Lymnaea stagnalis (Linnй) ?а дії важких металів водного середовища. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.17 – гідробіологія. – Інститут гідробіології НАН України, Київ, 2003.

Досліджено особливості життєдіяльності ставковика Lymnaea stagnalis (Linn, 1758) ?а дії на нього йонів важких металів. Встановлено, що сульфат міді для ставковика озерного є сполукою сильно токсичним, а хлорид цинку та нітрат свинцю – помірно токсичними. На початкових етапах отруєння адаптація