CC BY
43Гидрохимия
АККУМУЛЯЦИЯ МЕТАЛЛОВ В РЫБЕ И ЕЕ ПАРАЗИТАХ
ACCUMULATION OF METALS IN THE FISH AND ITS PARASITES
Г.Н. Доровских, В.В. Мазур
G.N. Dorovskikh, V. V. Mazur
На способность аккумулировать металлы исследованы половозрелые цестоды Proteocephalus thymalli (Annenkowa-Chlopina, 1923) из кишечника хариуса Thymallus thymallus (L.), плероцеркоиды ленточных червей Schistocephalus sp. из полости тела гольяна Phoxinus phoxinus (L.) и метацеркарии трематод Diplostomum phoxini Faust, 1918 из его головного мозга.
Отмечена достаточно ясная связь между жизненной стратегией паразита и его способностью накапливать металлы.
The ability to accumulate metals investigated mature cestodes Proteocephalus thymalli (Annenkowa-Chlopina, 1923) from the intestine grayling Thymallus thymallus (L.), plerocercoides of tape worms Schistocephalus sp. from the body cavity of the minnow Phoxinus phoxinus (L.) and metacercaries of trematodes Diplostomum phoxini Faust, 1918 from the brain of the minnow.
Noted quite clear of link between life-history strategy of the parasite and its ability to accumulate metals.
Ключевые слова: металлы, паразиты рыб, гольян, Phoxinus phoxinus, хариус, Thymallus thymallus.
Key words: metals, fish parasites, Phoxinus phoxinus, minnow, Thymallus thymallus, grayling.
Введение
Способность рыб и их паразитов аккумулировать металлы хорошо известна [2; 26; 28]. Работы выполнены на нескольких видах рыб, половозрелых и личиночных стадиях гельминтов, и других группах инвадентов [15; 22]. На том основании, что некоторые паразиты аккумулируют тяжелые металлы в
концентрациях, превышающих их содержание в тканях рыб и окружающей среде, их предложено использовать как биоиндикаторы загрязнения водоемов тяжелыми металлами [25; 27; 19]. Однако до настоящего времени не
проанализированы аккумулятивные возможности паразитов в отношении металлов с позиций их жизненной стратегии.
Для исследования взяты виды паразитов с разной жизненной стратегией. Одним из них «невыгодна» преждевременная гибель хозяина, поскольку их существование, как любого организма, без среды невозможно, другим гибель хозяина необходима для продолжения своего цикла развития [5].
Цель работы - проверить наличие корреляции между жизненной стратегией паразитов и их возможностями накапливать металлы.
Материал и методы
Объекты исследования - гольян Phoxinus phoxinus (L.) (тушка, мышцы), хариус Thymallus thymallus (L.) (мышцы, печень), половозрелые цестоды Proteocephalus thymalli (Annenkowa-Chlopina, 1923) из кишечника хариуса, плероцеркоиды ленточных червей Schistocephalus sp. из полости тела гольяна и метацеркарии трематод Diplostomum phoxini Faust, 1918 из головного мозга гольяна.
Материал собран в конце июня - первой декаде июля 2009-2010 гг. из р. Б. Шайтановки (правый приток верхнего течения р. Печоры), протекающей по территории Печоро-Илычского государственного природного заповедника, в 0.2 (гольян и Schistocephalus sp.) и 5.0 км (хариус и P. thymalli) вверх от ее впадения в р. Печору и в июне - июле 2009-2011 гг. (гольян и D. phoxini) из р. Човью (приток р. Вычегды), из участка лежащего в черте г. Сыктывкара (микрорайон В. Чов).
Учитывая, что содержание металлов в различных органах рыб и беспозвоночных животных зависит от сезона, возраста, пола, размеров, типа питания, физиологического состояния, температуры и рН воды [24], материал каждый год собирали в течение недели из одних и тех же точек при температуре воды 9.1-16.3° С, рН воды 8.1-8.9. Рыбу для каждой пробы брали одного размера и возраста.
Определение рН и температуры воды осуществлено портативным анализатором Анион - 7051 фирмы ИНФРА СПАК - АНАЛИТ (г. Новосибирск). Ошибка измерения рН ±0.02, температуры воды ± 0.1°.
Образцы рыбы и паразитов высушивали в полевых условиях и помещали в пробирки без использования консервантов. Далее пробы измельчали до однородной порошкообразной массы. Каждая анализируемая навеска состояла из смеси тканей 10-20 тушек гольяна, 2-3 экз. хариуса, 25 стробил P. thymalli, одного плероцеркоида Schistocephalus sp. или 1450 экз. метацеркарий D. phoxini. Определение содержания металлов (Ca, Zn, Cu, Mg, Al, Mn, Fe, Cd, Pb, Ti, Tl, Mo, Hg, Co, Ni) в пробах проводили при помощи энергодисперсионной рентгеновской приставки Oxford INCA Energy 250 на сканирующем электронном
151
микроскопе JEOL JSM-6380 LV (Воронежский госуниверситет). При изготовлении пробы сырье озоляли. В пробах, результаты определения содержания металлов в которых использованы для этой публикации, отмечены только Ca, Zn, Cu, Mg, Al, Cd, Pb. По каждому металлу проведено по 10 измерений. Концентрация металлов в пробах дана в мкг/г сухой массы.
Принимая во внимание существование устойчивой корреляции между содержанием металлов в водоеме и организме рыбы [18], можно предположить, что отсутствие некоторых из них в рыбе и ее паразитах (в рассматриваемом случае Mn, Fe, Ti, Tl, Mo, Hg, Co, Ni) косвенно свидетельствует об отсутствии или минимальной концентрации последних в окружающей среде. Высокому содержанию металлов в воде, донных отложениях и организме некоторых гидробионтов соответствует адекватное содержание последних в организме рыбы [Ружин, 1990 цит. по: 2].
Результаты
В мышцах хариуса отмечен только Mg. В его печени содержатся Cu, Zn, Mg (табл. 1). Ранжированный ряд этих металлов в оба года проведения работ имеет вид Cu>Zn>Mg.
Все исследованные особи хариуса заражены половозрелыми Proteocephalus thymalli (индекс обилия 14.1 экз. цестод на одну рыбу). В тканях червей зарегистрированы Ca, Cu, Zn, Mg (табл. 1). В стробилах цестод, мышцах и печени хариуса содержание Mg статистически одинаково, тогда как концентрации Zn и Cu в теле червей статистически достоверно (P<<0.001) выше, чем в печени хозяина. Ранжированный ряд металлов, содержащихся в тканях P. thymalli в оба года проведения работ выглядит как Ca>>Cu>Zn>>Mg и совпадает с таковым, исключая Ca, для металлов из печени рыб.
В тушках гольяна из р. Б. Шайтановки найдены Ca, Cu, Zn, Mg. В оба года исследований их концентрация оставалась постоянной (табл. 1). Ранжированный ряд этих металлов имеет вид Ca>>Zn>Cu>>Mg.
У гольяна в 2009 и 2010 гг. найдены плероцеркоиды ремнецов (экстенсивность инвазии 1.5%, индекс обилия 0.05-0.1 экз. на одну рыбу), в тканях которых отмечено присутствие тех же металлов (табл. 1). В 2009 г. в их тканях была статистически выше концентрация Cu (tst=2.48; P<<0.05), в 2010 г. несколько выше, но статистически недостоверно, содержание Zn (tst=1.26; P>0.05) и Mg (tst=1.36; P>0.05). В тканях паразитов концентрация Zn, Cu и особенно Mg статистически выше (P<<0.001), а Ca ниже (P<<0.001), чем в рыбе. Ранжированные ряды металлов, зарегистрированных в червях, за разные годы не совпадают. В 2009 г. ряд выглядит как Ca>>Cu>Mg>Zn, в 2010 г. -Ca>>Mg>Zn>Cu. Эти ряды не совпадают с таковым из тушек гольяна.
Содержание металлов (мкг/г сух. массы) в рыбе и ее паразитах из р. Б. Шайтановки
Таблица 1
Объект Годы
2009 2010
Ca Zn Cu Mg Ca Zn Cu Mg
Хариус (мышцы) 0 0 0 20.0 ± 4.7 0 0 0 30.0 ± 8.3
Хариус (печень) 0 70.0 ± 4.6 148.0 ± 8.5 30.0 ± 4.5 0 65.0 ± 7.4 130.0 ± 8.7 40.0 ± 6.9
Proteocephalus thymalli 660.0 ± 35.5 150.0 ± 19.5 220.0 ± 12.1 30.0 ± 4.5 630.0 ± 23.1 170.0 ± 14.9 240.0 ± 17.6 40.0 ± 7.8
Г ольян (тушка) 670.0 ± 12.6 220.0 ± 10.5 190.0 ± 11.3 90.0 ± 13.4 680.0 ± 18.5 280.0 ± 11.7 230.0 ± 14.3 90.0 ± 13.6
Schistocephalus sp. 510.0 ± 34.7 290.0 ± 13.2 340.0 ± 14.7 320.0 ± 11.1 490.0 ± 29.2 320.0 ± 19.8 290.0 ± 13.8 340.0 ± 9.7
В тушках гольяна из р. Човью помимо Ca, Cu, Mg и Zn в 2009 г. найден Cd, а в 2011 г. - Al (табл. 2). Концентрация первых четырех металлов из года в год оставалась одинаковой. Ранжированный ряд этих металлов в 2009-2011 гг. выглядит как Ca>>Mg>Cu>Zn и не совпадает с таковым из р. Б. Шайтановки.
У всех исследованных особей гольяна из р. Човью обнаружены метацеркарии D. phoxini (индекс обилия 90.3±12.0 экз. на особь хозяина). В трематодах отмечено наличие Ca, Cu, Mg и Zn. Однако их концентрация в двуустках намного ниже, чем в теле рыбы (табл. 2). Ранжированный ряд металлов у метацеркарий имеет вид Ca>>Zn=Mg>Cu. Этот ряд не совпадает с таковыми из мышечной ткани гольяна, который выглядит как Zn=Mg=Cu>>Cd, и его тушек.
Таблица 2
Содержание металлов (мкг/г сух. массы) в гольяне и метацеркариях Diplostomum phoxini из р. Човью
Год Металлы
Ca Zn Cu Mg Al Cd
Г ольян (тушка)
2009 1150.0 ± 65.4 70.0 ± 13.7 120.0 ± 19.8 160.0 ± 17.4 0 2.5 ± 1.4
2010 1160.0 ± 49.8 80.0 ± 9.3 140.0 ± 10.2 160.0 ± 16.7 0 0
2011 1100.0 ± 59.8 90.0 ± 14.5 150.0 ± 14.9 180.0 ± 15.9 10.0 ± 4.7 0
Г ольян (мышцы)
2010 0 70.0 ± 10.9 60.0 ± 9.7 70.0 ± 11.0 0 0
Diplostomum phoxini
2010 430.0 ± 21.4 40.0 ± 20.3 10.0 ± 8.5 30.0 ± 15.9 0 0
Итак, в плероцеркоидах Schistocephalus sp. концентрация Cu, Zn, Mg достоверно выше, а Ca ниже, чем в тушках гольяна, тогда как в метацеркариях D. phoxini концентрация металлов значительно ниже, чем в тушках и мышцах хозяина. В стробилах P. thymalli по сравнению с печенью хариуса выше содержание только Zn и Cu. Ранжированные ряды металлов, выявленных в телах паразитов и их хозяев, в случае системы «хариус - P. thymalli» совпадают, в случае систем «гольян - Schistocephalus sp.» и «гольян - D. phoxini» не совпадают.
Для P. thymalli, специфичного паразита хариусовых рыб, хариус -окончательный хозяин. Паразиту «невыгодна» гибель или ослабление его организма. На примере низших цестод установили, что в результате коэволюции рыбы-хозяина, гельминта и симбионтной микрофлоры в кишечнике рыбы формируется микробиоценоз [16], где черви способны адсорбировать и использовать ферменты хозяина [7]. Бактериальные ферменты участвуют в процессах пищеварения как хозяина, так и паразита [9], а сама симбионтная микрофлора глубоко адаптирована к условиям существования в кишечнике рыб и на поверхности их паразитов [11], обеспечивая гомеостаз гельминта и сбалансированность отношений в системе паразит-хозяин [12]. В результате жизнедеятельности гельминтов значения рН кишечника хозяев-рыб оказываются в пределах своих оптимальных значений для действия основных гидролитических ферментов [8]. Установлено, что при интенсивности заражения до 20 экз. червей на рыбу реакция организма хариуса носит компенсаторно-приспособительный и локальный характер. В кишечнике хариуса изменения локализованы вблизи червей, а в печени - в портальной зоне [17]. Цитированными авторами показано, чем более специфичен паразит для хозяина, тем менее сильные патологические изменения он вызывает, что в рассматриваемом случае, видимо, проявилось в совпадении ранжированных рядов металлов из печени хариуса и стробил P. thymalli и невысокой, примерно в два раза, разнице в концентрации металлов, в этом случае Zn, в организме рыбы и теле червя.
D. phoxini - специфичный паразит гольянов. Для продолжения жизненного цикла червям необходимо попасть в окончательного хозяина, рыбоядных птиц. Однако процесс воздействия метацеркарий на гольяна растянут во времени. Гольян, исследованный с сентября этого года по май следующего года, поражен D. phoxini на 100% при индексе обилия 9.3-70.0 экз. на особь хозяина. Метацеркарии, сохраняясь в гольяне зимой, накапливаются в нем и живут в рыбе до 5-6 лет [4]. Гельминты, локализуясь в головном мозге рыбы, органе «дорогостоящем» и «важном», относятся к нему «бережно». Действительно, при сбалансированности отношений в системе паразит-хозяин частота встречаемости паразита у хозяина, как правило, высока, а его патогенность минимальна [17], кроме случаев превышения обычной степени зараженности [5]. В описываемом случае это, видимо, отражается в существенно меньшей концентрации металлов в метацеркариях по-сравнению с тканями хозяина (табл. 2). Однако со временем по мере роста интенсивности инвазии различия ранжированных рядов металлов из рыбы и червей вызывают нарушение баланса металлов в организме гольяна, ослабляя его и делая уязвимым для хищника.
В отличие от P. thymalli и в меньшей мере D. phoxini плероцеркоиды Schistocephalus sp. - виды малоспецифичные, «заинтересованы» в случае достижения инвазионности в том, чтобы рыба была съедена окончательным хозяином, рыбоядной птицей. Этот процесс протекает достаточно быстро. Развитие плероцеркоидов в рыбе до инвазионного состояния занимает в зависимости от их видовой принадлежности от 2 до 6 мес. [14]. В рассматриваемом случае это, видимо, менее 6 мес.
Первых гольянов, пораженных плероцеркоидами ремнецов, находили в русле р. Печоры в районе пос. Якша 19 мая 2006 г., 20 мая 2007 г. и 6 июня 2003 г. В низовьях р. Б. Шайтановки 2 июля 2009 г. и 5 июля 2010 г. они имели длину 112-120 мм при ширине стробилы 4 мм. В районе устья р. Гаревки 3 июля 2010 г. длина их тела составляла 10-27 мм. Основную массу этих червей обнаружили с конца июня по август. Самая поздняя находка сделана 20 ноября 2006 г. В зимний период года (декабрь-февраль) исследовано около 2000 экз. гольяна, но пораженных ремнецами рыб не обнаружили.
Особенностью этих цестод является то, что на стадии плероцеркоида, когда паразит интенсивно растет, достигая больших размеров, у них протекает морфогенез половой системы. Для этих преобразований организм должен быть обеспечен большим количеством пластических и энергетических материалов [3]. В процессе роста и жизнедеятельности ремнецы оказывают массивное механическое воздействие на внутренние органы рыбы, вызывая их атрофию и нарушение функциональной деятельности [6], наблюдается редукция гонад, негативное воздействие на морфологические показатели крови, снижение уровня отдельных иммунологических и биохимических ее параметров, обеспечивающих иммунологический гомеостаз хозяина [13; 21; 23], из-за снижения активности пищеварительных гидролаз, очевидно, ухудшается эффективность питания рыбы [10]. Установлена зависимость части исследованных признаков от размера червей [20]. Паразит, видимо, изменяет химический баланс организма хозяина, концентрируя в своем теле металлы, особенно Mg. При этом ранжированные ряды металлов из цестод отличаются от такового из тела хозяина и разнятся в разные годы. Перечисленные явления отрицательно влияют на жизненно важные функции тканей рыбы и ее организм в целом. Под влиянием механического воздействия паразита на плавательный пузырь рыба теряет способность нормально держаться в толще воды и противостоять течению, она всплывает на поверхность и течением пассивно сносится в более тихие места, где становится легко доступной рыбоядным и хищным птицам [6]. Если рыба оказывается несъеденной, она погибает. Так на р. Илыч в районе устья ручья Щука-Вож 15 августа 2006 г. нашли прибитых к берегу бычков-подкаменщиков с плероцеркоидами Schistocephalus sp. в полости тела.
Итак, паразит, наиболее «заинтересованный» в гибели рыбы для продолжения своего жизненного цикла, более других накапливает металлы, ранжированные ряды которых разнятся в разные годы и отличаются от таковых составленных по данным о содержании металлов в теле хозяина.
***
1. Барковская В.В. Паразиты рыб Финского залива как индикаторы экологического состояния его акватории // Сб. науч. тр. ГосНИОРХ. 1997. Вып. 321. С. 147-153.
2. Богданова Е.А. Паразитофауна и заболевания рыб крупных озер северо-запада России в период антропогенного преобразования их экосистем. СПб.: ГосНИОРХ, 1995. 140 с.
3. Высоцкая Р.У., Иешко Е.П., Евсеева Н.В. Сравнительно-биохимические исследования в системе Schistocephalus solidus (Cestoda) - колюшка трехиглая Gasterosteus aculeatus L. // Паразитология. 2003. 37 (6). С. 503-511.
4. Головина Н.А., Стрелков Ю.А., Воронин В.Н. и др. Ихтиопатология. М.: Мир, 2003. 448 с.
5. Гусев A.B., Полянский Ю.И. Экологическая сущность паразитологии. Вестник ЛГУ. 1978. 3. С. 5-14.
6. Дубинина М.Н. Ремнецы фауны СССР. М.; Л.: Наука, 1966. 261 с.
7. Извекова Г.И. Физиологическая специфика взаимоотношений между Triaenophorus nodulosus (Cestoda) и его хозяевами - рыбами // Паразитология. 2001. 35 (1). С. 60-68.
8. Извекова Г.И. Активность протеаз микрофлоры пищеварительно-транспортных поверхностей кишечника щуки и паразитирующего в нем Triaenophorus nodulosus (Pallas, 1781) (Cestoda, Pseudophyllidea) // Биология внутр. вод. 2003. 3: С. 82-87.
9. Извекова Г.И. Пищевые адаптации у низших цестод - паразитов рыб // Успехи современ. биологии. 2006. 126 (6). С. 605-617.
10. Извекова Г.И., Тютин А.В. Зараженность и особенности отношений паразит-хозяин в системе Ligula intestinalis - чехонь (Pelecus cultratus) в Рыбинском водохранилище // Поволжский экологический журнал. 2011. 2. С. 137-145.
11. Корнева Ж.В. Симбионтная микрофлора рыб и их кишечных паразитов цестод // Сб. науч. тр. ФГНУ «ГосНИОРХ». 2009.Вып. 338. С. 105-109.
12. Корнева Ж.В., Плотников А.О. Симбионтная микрофлора, колонизирующая тегумент протеоцефалидных цестод и кишечник их хозяев - рыб // Паразитология. 2006. 40 (4). С. 313-327.
13. Мазур О.Е., Пронин Н.М. Показатели крови и иммунной системы Rutilus rutilus lacustris (Cypriniformes: Cyprinidae) при инвазии плероцеркоидами Ligula intestinalis (Pseudophyllidea: Ligulidae) // Вопросы ихтиологии. 2006. 46 (3). С. 393-397.
14. Определитель паразитов пресноводных рыб фауны СССР. Т. 3. Паразитические многоклеточные (2-я часть). Л.: Наука. 1987. 583 с.
15. Перевозников М.А., Богданова Е.А., Пономаренко A.M. Распространение тяжелых металлов среди различных звеньев экосистемы бассейна Ладожского озера // Сб. науч. тр. ГосНИОРХ. 1990. Вып. 315. С. 25-43 с.
16. Плотников А.О., Корнева Ж.В. Морфологическая и ультраструктурная характеристика симбиотических бактерий, колонизирующих поверхность гельминта Triaenophorus nodulosus и кишечник щуки Esox lucius // Биология внутр. вод. 2008. 1. С. 27-34.
17. Пронина С.В., Пронин Н.М. Взаимоотношения в системах гельминты-рыба (на тканевом, органном и организменном уровнях). М.: Наука, 1988. 176 с.
18. Ружин С.В., Волков К.В. Тяжелые металлы в рыбах Невской губы и восточной части Финского залива // Итоги деятельности рыбохозяйственных институтов Росрыбхоза в XII пятилетке и основные направления исследований на 1991-1995 гг. Л.: ГосНИОРХ. 1991. Вып. 2. С. 31-34.
19. Салтыкова С.А. Сравнительный анализ особенностей накопления тяжелых металлов в рыбах и их паразитах (на примере экосистемы Ладожского озера) : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Петрозаводск: Петрозаводский гос. ун-т, 2006. 23 с.
20. Силкина Н.И., Микряков В.Р. Особенности показателей перекисного окисления липидов у Ligula intestinalis (Cestoda: Pseudophyllidea) и их хозяев - Abramis brama (L.) // Паразитология. 2005. 39 (2). С. 117-123.
21. Arme C. 2002. Ligula intestinalis a tapeworm contraceptive // Biologist. 49 (6): P. 265-269.
22. Bams V., Jarkovsky J., Prokes M. 2006. Philometra ovata (Nematoda: Philometroidea): a potential sentinel species of heavy metal accumulation. Parasitol. Res., 100, Springer-Verlag. Р. 929-933.
23. Brown S.P., Loot G., Teriokhin A. et al. 2002. Host manipulation by Ligula intestinalis: a cause or consequence of parasite aggregation? // Int. Parasitology. 32: P. 817-824.
24. Pourang N., Dennis J.H., Ghourchian H. 2004. Tissue distribution and redistribution of trace elements in shrimps species with the imphasis on the roles of metallotionein // Ecotoxicology. 13 (6): P. 519-533.
25. Sues B., Taraschewski H., Rydlo M. 1997. Intestinal Fish Parasites as Heavy Metal Bioindicators: A Comparison Between Acanthocephalus lucii (Palaeacanthocephala) and the Zebra Mussel, Dreissena polymorpha // Bull. Environ. Contam. Toxicol. 59: Р. 14-21.
26. Sures B. 2006. How parasitism and pollution affect the physiological homeostasis of aquatic hosts // Journal of Helminthology. 80: Р. 151-157.
27. Sures B., Siddall R., Taraschewski H. 1999. Parasites as Accumulation Indicators of Heavy Metal Pollution // Parasitology Today. 15(1): Р. 16-21.
28. Urdes L.-D., Diaconescu C., Vlase G.. et al. 2010. Research on Interrelationship between some Species of Freshwater Fish and Helmintic Larvae within Aquatic Ecosystems Polluted with Heavy Metals // Scientific Papers: Animal Science and Biotechnologies. 43 (2): P. 72-75.
