Остроумов С. А. Новый тип действия потенциально опасных веществ: разобщители пелагиально-бентального сопряжения // Доклады академии наук (ДАН) т. 283, № 1. С.138-141.
РЕФЕРАТ: Изучено воздействие ксенобиотика (бихромата калия K2Cr2O7) на удаление взвешенного вещества из воды мидиями Mytilus galloprovincialis. Показано, что это вещество подавляло удаление взвешенного вещества из воды в ходе ее фильтрации мидиями. Сделан вывод, что это химическое вещество ингибировало фильтрацию воды мидиями. Эти результаты согласуются с предыдущими работами, в которых изучали воздействие других ксенобиотиков и загрязняющих веществ на скорость фильтрации воды двустворчатыми моллюсками. Сходное ингибирование ксенобиотиками и загрязняющими веществами было показано автором на морских (Остроумов, ДАН, 2001, т.378, No.2, с.283-285) и пресноводных (Остроумов, ДАН, 2001, т.380, No.5, с. 714-717) моллюсках. Статья содержит уникальную таблицу, суммирующую количественные данные о доле пищи, которая ассимилируется (и неассимилируется) представителями многих крупных таксонов водных беспозвоночных. Результаты показывают существование нового типа экологической опасности загрязнения вод, когда загрязняющие вещества разобщают связь между пелагиальной частью экосистемы и ее бентальной частью, т.е. пелагиально-бентальное сопряжение. Тем самым возникает угроза нарушения двух фундаментальных биогеохимических закономерностей, подчеркивавшихся В.И.Вернадским.
ABSTRACT: Ostroumov S.A. New type of action of potentially hazardous chemicals: uncouplers of pelagial-benthal coupling // Published in: Doklady Akademii Nauk [DAN]. 2002. v.383. No.1. p.138-141. Translated into English: A new type of effect of potentially hazardous substances: uncouplers of pelagial–benthal coupling. — Doklady Biological Sciences. 2002. Vol. 383: 127-130. Bibliogr. 15. ISSN 0012-4966. DOI 10.1023/A:1015385723150.
The effects of a xenobiotic (potassium bichromate K2Cr2O7) on the removal of suspended matter from water by mussels Mytilus galloprovincialis was studied. It was shown that the chemical inhibited the removal of suspended matter from water during water filtering by mussels. It was concluded that the chemical inhibited water filtration rate by mussels. The results are in accord with previous findings on effects of other xenobiotics and pollutants on filtration rate by bivalves. The similar inhibition by xenobiotics and pollutants was shown by the author for both marine (Ostroumov, DAN, 2001, vol.378, No.2, p.283-285) and freshwater (Ostroumov, DAN, 2001, vol. 380, No.5, p. 714-717) molluscs. The results demonstrate a new type of ecological hazard from water pollution when the polluting chemicals may uncouple the link between from the pelagial part of the ecosystem and its benthal part, i.e. pelagial-benthal coupling. Organisms are mediators of “biogenic migration of atoms in the biosphere”. This migration is partly implemented in the framework of pelagial–benthal coupling. Tables: the quantitative data for the average percentage of assimilated (16-90%) and non-assimilated (10-84%) food matter for 15 large taxa of invertebrates (Table 1); potassium bichromate inhibited water filtration by Mytilus galloprovincialis (Table 2); surfactants, detergents, pesticides inhibited filtration by filter-feeders, marine and freshwater bivalves and rotifers (Table 3). A prediction is made: "Further research and experimental studies are expected to provide new evidence that sublethal concentrations of chemical pollutants induce a significant decrease in the filtration capacity of freshwater and marine filter feeders" (p.129). "The uncoupling process considered above is an anthropogenic violation of the two basic laws (empirical rules or biogeochemical principles) of the biosphere functioning: (1) biogenic migration of atoms of chemical elements in the biosphere always tends toward its maximum expression; (2) on the geological time scale, the evolution of species gives rise to the forms of life that are stable in the biosphere, and is so directed that the biogenic migration of atoms in the biosphere increases" (p.129).
Ключевые слова: опасность химического загрязнения, ксенобиотики, загрязняющие вещества, синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), детергенты, тяжелые металлы, Cr, усвояемость пищи, трофическая активность, фильтрация воды, беспозвоночные, пеллеты, фильтраторы, двустворчатые моллюски, коловратки, атлантические и черноморские мидии, Mytilus edulis, Mytilus galloprovincialis, Сrassostrea gigas, Unionidae, Brachionus calyciflorus, сопряжение между пелагиалью и бенталью, биогенная миграция атомов, пелагиально-бентальное, устрицы, планктон, бентос, гидробионты, взвешенное вещество, фитофаги, новые виды опасности, коллекторы, марикультура, аквакультура, Черное море, Севастополь, смесевые препараты, синтетические моющие средства, СМС, жидкие моющие средства, ЖМС, ЖМС Е, ингибиторы, фитомасса, фекалии моллюсков, псевдофекалии , антропогенное воздействие, биогеохимические принципы, функционирование биосферы, сублетальные концентрации, химия и токсикология окружающей среды, экотоксикология, личинки, каковы количественные данные об усвояемости пищи (ассимилировании пищи) представителями беспозвоночных?,- в том числе Rotatoria, Bryozoa, Gastropoda, Bivalvia, Cladocera, Copepoda, Mysidacea, Isopoda, Amphipoda, Decapoda, Odonata, Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Diptera; Saccharomyces cerevisiae, Brachionus calyciflorus , Plumatella fungosa; Asellus aquaticus, Lymnaea stagnalis , TДTMA, тетрадецилтриметиламмоний бромид; СМС Lanza-automat, Benckiser; СМС IXI Bio-Plus, Cussons; dish washing liquid E, Cussons International Ltd; dish washing liquid Fairy, Procter&Gamble Ltd; AHC, Avon Hair Care; Доклады академии наук, биогеохимических закономерности В.И.Вернадского.
Key words: hazards of chemical pollution, xenobiotics, synthetic surfactants, detergents, heavy metals, Cr, assimilation of food, trophic activity, filtration of water, invertebrates, pellets, filter-feeders, bivalves, rotifers, marine mussels, Mytilus edulis, Mytilus galloprovincialis, Сrassostrea gigas, Unionidae, Brachionus calyciflorus, coupling between pelagial and benthal, biogenic migration of atoms, pelagic-bental coupling, oysters, plankton, benthos, aquatic organisms, suspended substances, phytophagous, new hazards, collectors, mariculture, aquaculture, Black Sea, Sevastopol, mixtures drugs, detergents, laundry detergents, liquid detergents, inhibitors, phytomass, the feces of mollusks, pseudofaeces, man-made impact, biogeochemical principles, the functioning of the biosphere, sublethal concentrations, chemistry and environmental toxicology, ecotoxicology, larva, what are the quantitative data (percentage) on digestibility of food by invertebrates?, - including species of Rotatoria, Bryozoa, Gastropoda, Bivalvia, Cladocera, Copepoda, Mysidacea, Isopoda, Amphipoda, Decapoda, Odonata, Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera, Diptera; Saccharomyces cerevisiae, Brachionus calyciflorus, Plumatella fungosa; Asellus aquaticus, Lymnaea stagnalis, TDTMA, tetradecyltrimethylammonium bromide; laundry detergent Lanza-automat, Benckiser; detergent IXI Bio-Plus, Cussons; dish washing liquid E, Cussons International Ltd; dish washing liquid Fairy, Procter&Gamble Ltd; AHC, Avon Hair Care; Doklady Akademii Nauk, DAN, Doklady Biological Sciences;
http://scipeople.ru/users/2943391/
http://sites.google.com/site/ostroumovsa/
УДК 574.6: 574.64
НОВЫЙ ТИП ДЕЙСТВИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ВЕЩЕСТВ: РАЗОБЩИТЕЛИ ПЕЛАГИАЛЬНО-БЕНТАЛЬНОГО СОПРЯЖЕНИЯ
С. А.Остроумов
Ó 2002 г.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Биологический факультет, 119234 Москва, Воробьевы горы
Представлено академиком В.Л.Касьяновым 07.11.2001 г.
Поступило 08.11.2001 г.
Гидробионты существенно способствуют "биогенной миграции атомов в биосфере" [ 1 ]. Часть этой миграции осуществляется в рамках пелагиально-бентального сопряжения. Трофическая активность донных фильтраторов ведет к усвоению ими органических веществ планктона, синтезированного в пелагиали (например, [ 2 ]). Неусвоенное фильтраторами вещество также участвует в пелагиально-бентальном сопряжении. В водных экосистемах имеет место гравитационное оседание взвешенного вещества [ 2, 3 ], в том числе пеллет беспозвоночных. Оседающие пеллеты образуются как результат экскреции беспозвоночными-фитофагами вещества неусвоенной и непереваренной пищи. Усвояемость пищи составляет для различных таксонов беспозвоночных 1-98 % [ 4, 5]; средний процент усвояемости для многих групп организмов 16.2-89.6 % (табл. 1). Соответственно, остальная часть вещества пищи (около 10.4-83.8%) остается неусвоенной и оседает на дно вместе с пеллетами. Последние переносят в нижние слои водной экосистемы и в местообитания бентосных организмов (бенталь) часть органического вещества, созданного в пелагиали в результате фотосинтеза.
Цель работы – проанализировать вопрос о том, имеется ли потенциальная опасность нарушения пелагиально-бентального сопряжения при воздействии веществ, загрязняющих водоемы. Ранее на опасность подобного нарушения экосистем при воздействии поллютантов внимание не обращалось. В качестве объекта исследований служили двустворчатые моллюски, которые активно участвуют в изъятии и осаждении взвеси из водной массы и тем самым в пелагиально-бентальном сопряжении [6 - 11 ].
Изучали действие ксенобиотика (бихромата калия) на изъятие взвешенных частиц черноморскими мидиями Mytilus galloprovincialis. Методика описана в [10, 11]. Мидии (любезно предоставлены автору А. В. Пирковой и А. Я. Столбовым) были выращены на коллекторах в окрестностях г. Севастополя. Использовали мидии средней массой 6.53 г (в опыте - сосуд с добавленным бихроматом калия) и 6.59 г (в контроле) (сырая масса с раковинами). В сосуды помещали по 13 мидий. Объем морской воды (18 ‰) в сосудах - 500 мл. Начальная концентрация суспензии Saccharomyces cerevisiae (САФ-Момент, S.I.Lesaffre, 59703 Marcq-France) 40 мг/л (по сухой массе). Температура 23.4°С. Оптическую плотность измеряли на спектрофотометре СФ26 ЛОМО при длине оптического пути 10 мм. Аналогичные опыты проводили на устрицах Crassostrea gigas, также выращенных в условиях марикультуры.
Опыты показали, что соединение хрома способно ингибировать фильтрационную активность моллюсков (табл. 2), что приводит к снижению количества корма, доступного для пищеварительной системы. Уменьшение количества изымаемого из воды корма, то есть снижение рациона, сопровождалось визуально наблюдаемым замедлением и уменьшением образования пеллет. В сосудах, в которых в воду была добавлен раствор бихромата калия (концентрация бихромата калия 0.05 мг/л), в конце эксперимента количество пеллет было заметно меньше, чем в контроле. В условиях наших опытов чувствительность устриц C. gigas к бихромату калия была значительно меньше, чем чувствительность мидий M. galloprovincialis.
Аналогичное снижение количества изымаемой из воды взвеси (клеток планктона) было зарегистрировано в наших опытах с другими ксенобиотиками – поверхностно-активными веществами (ПАВ) и смесевыми препаратами, в том числе синтетическими моющими средствами (СМС) и жидкими моющими средствами (ЖМС) (табл. 3). Во всех случаях мы наблюдали снижение образования пеллет при воздействии веществ-ингибиторов фильтрационной активности. В табл. 3 приведены лишь некоторые примеры. Ингибирование фильтраторов выявлено также в работах J. Widdows, P. Donkin, D. Page, А. В. Митина и других исследователей - см. [9, 10 ].
В дополнение к опытам с изъятием взвеси планктона морскими и пресноводными двустворчатыми моллюсками, нами проводились опыты по изучению питания Lymnaea stagnalis отмирающей фитомассой (плавающими фрагментами листьев высших растений, моделирующими листовой опад) [10, 12, 13]. L. stagnalis выделяли пеллеты непереваренного органического вещества, которые быстро оседали на дно и вносили вклад в сопряжение между пелагиальной и бентальной частями экосистемы (пелагиально-бентальное сопряжение). Из данных о питании L. stagnalis в условиях микрокосма следовало, что на 1 г съеденной биомассы растений образовывалось 143.6-153.2 мг сухой массы пеллет, из которой 96.9-106.8 мг (67.5-69.7 %) составлял углерод. Интересно, что образование пеллет при питании фитомассой совершенно различных видов происходило с близкими скоростями. Эти опыты также показали, что загрязняющие вещества способны снижать образование массы пеллет и тем самым снижать поток вещества на дно водной системы. Поедаемая фитомасса (плавающие на поверхности листья – такие как
листовой опад на поверхности водоема) находится в верхних слоях водной массы водоема, то есть в его пелагиальной части, откуда следует, что эти опыты свидетельствуют о возможности нарушения пелагиально-бентального сопряжения.