CC BY
20
••• Известия ДГПУ. Т. 10. № 2. 2016
••• DSPU JOURNAL. Vol. 10. No. 2. 2016
Биологические науки / Biological Science Оригинальная статья / Original Article УДК 594.15 / UDC 594.15
Анализ распределения элементов-индикаторов
в раковинах дидакн
© 2016 Гусейнов К. М., Хлопкова М. В., Гасанова А. Ш.
Прикаспийский институт биологических ресурсов, Дагестанский научный центр Российской академии наук, Махачкала, Россия; e-mail: kais61@mail.ru; hlopkovam@mail.ru
Резюме. Моллюски участвуют в обмене микроэлементов и трансформации донных отложений. Способность адекватно отражать ситуацию в окружающей среде позволяет использовать их в качестве биоиндикационных организмов. Проведено количественное определение некоторых элементов в раковинах моллюсков микрозондовым и спектрометрическим методами. Установлена динамика сезонных, онтогенетических и таксономических колебаний некоторых элементов-индикаторов у современных и вымерших дидакн. Выявлено действие разных механизмов регуляции содержания стронция в скелетном веществе моллюсков с возрастом и в сезоне.
Ключевые слова: Didacna, Каспийское море, элементы-индикаторы, Sr, Mg.
Формат цитирования: Гусейнов К. М., Хлопкова М. В., Гасанова А. Ш. Анализ распределения элементов-индикаторов в раковинах дидакн // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 2. 2016. С. 22-27.
The analysis of the Distribution of the Elements-Indicators in Didacna Shells
© 2016 Kais M. Guseynov , Marina V. Khlopkova , Aysha Sh. Gasanova
The Caspian Institute of Biological Resources, Dagestan Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, Makhachkala, Russia; e-mail: kais61@mail.ru; hlopkovam@mail.ru
Abstract. Molluscs are involved into the metabolism of microelements and transformation of sediments. The ability to reflect the situation in the environment adequately allows them to be used as a bioindicative organisms. The authors performed the quantitative determination of some elements in the molluscs shells with microprobe and spectrometric methods. They found the dynamics of seasonal, ontogenetic and taxonom-ic fluctuations of some elements-indicators of modern and extinct didacna. They revealed the effect of different mechanisms of regulation of the strontium content in the skeletal substance of molluscs with the age and in season.
Keywords: Didacna, the Caspian Sea, elements-indicators, Sr, Mg.
For citation: Guseynov K. M., Khlopkova M. V., Gasanova A Sh. The Analysis of the Distribution of the Elements-Indicators in Didacna Shells. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Natural and Exact Sciences. Vol. 10. No. 2. 2016. pp. 22-27. (In Russian)
Количественные и полуколичественные методы изучения минерального состава раковин моллюсков позволяют определять палеотемпературы и палеосоленость, судить о палеогеографической обстановке. Ослож-
няющим фактором при интерпретации биогеохимических данных является изменение химизма скелета в течение жизни организма, которое связывается с темпами прироста, когда на сезонные изменения
Естественные и точные науки ••• 23
Natural and Exact Sciences •••
накладывается возрастной эффект. Имеющиеся по этому вопросу данные пока противоречивы. Расшифровка сезонного изменения состава скелета достаточно сложна, однако такие исследования проведены на крупных раковинах современных морских двустворок с помощью химического анализа отдельных слоев [1-3].
Материалы и методы исследования
Внутреннее строение раковин изучалось по радиальным срезам. Рентгеноструктур-ный анализ проведен на ДРОН-2 в Институте геологии ДНЦ РАН. Микрозондовый анализ раковинного вещества методом точечного сканирования сделан в ГИН РАН (г. Москва). Стронций в раковинном веществе дидакн определяли путем спектрометрического анализа на СПАРК 1-2 м в Центре общего пользования ДНЦ РАН.
Результаты и их обсуждение
Содержание элементов-примесей Mg, Sr, Ва, Fe, С^ Мп контролируется минералогическим составом раковин и физиологическими особенностями моллюсков. Наиболее изучены закономерности включения в раковину первых двух элементов, которые, по-видимому, изоморфно замещают Са в кристаллической решетке карбоната. Другие элементы могут быть связаны не только с карбонатной, но и с органической частью раковины. При одних и тех же условиях среды концентрация Mg в кальците обычно выше, чем в арагоните, a Sr более активно входит в кристаллическую решетку арагонита.
В распределении стронция в карбонатных скелетах современных беспозвоночных отмечаются два максимума: 0,1-0,3 и 0,70,9 %. Первый максимум, которому отвечает большинство моллюсков, а также иглокожие, губки, обусловлен кальцитовым составом скелетов, а второй, которому отвечают кораллы и некоторые моллюски (в том числе ВШаепа) - арагонитовым составом. Наиболее высокие концентрации стронция характерны для раковин из семейств Сатйпйае и Уепепйае - от 0,5 до 1,0 %, наиболее низкие - для раковин из семейства МасТйае - от 0,20 до 0,30 % [1, 2, 4].
Рентгеноструктурный анализ раковинного материала одного из представителей двустворок семейства Сатйпйае рода Вйаспа показал, что скелеты сложены арагонитом. Выявлено, что в распределении магния, стронция, натрия и железа наблюдается зо-
нальность, совпадающая с кольцами роста. Разница между максимальной и минимальной концентрациями в этих зонах достигает: Sr - 15 %, Mg - 65 %, N - 40 %, Fe - 30 %.
Неустойчивая минеральная форма арагонита способна со временем переходить в кальцит. Анализ проб показал, что раковины изученных моллюсков состоят из арагонита, встречаются также следы кальцита, свидетельствующие о диагенетических изменениях после захоронения раковин. Причем геологический возраст анализируемых образцов фауны в пределах изучаемого стратиграфического интервала не играет существенной роли в перекристаллизации исходного арагонитового материала. В исследованных образцах раковин бакинской фауны В. тыШв и В. тыШв зыЬуы^апз кальцит отсутствует, в то время как в более молодых новокаспийских раковинах В. tтigonoiйes, В. Ьаеп и В. етавва могут быть обнаружены его следы.
Образованию арагонита благоприятствует присутствие Sr, изоморфная примесь которого повышает устойчивость арагонита [5, 6]. Нами исследовано распределение Sr, Mg, Fe и № в раковинах плейстоценовых моллюсков в зависимости от стадии онтогенеза и по сезонам (табл. 1, рис.).
Концентрации элементов в верхнем слое раковин В. Ьаеп по сезонам изменяются следующим образом. Натрия больше зимой, весной его количество уменьшается (рис.). Вероятно, это связано с повышением концентрации солей №0 зимой и сезонным понижением солености весной.
С возрастом происходит накопление № в раковине. Влияние интенсивности роста, температуры и солености на включение Mg в структуру раковины доказано рядом авторов [3-5], причем в основном на кальцито-вых и смешанных по составу раковинах мидий и гребешков. С возрастом концентрация Mg увеличивается в кальцитовых раковинах, а у дидакн наблюдается относительное повышение летом и при переходе к нересту (табл. 1).
Нами исследованы сезонные и онтогенетические колебания стронция у плейстоценовых моллюсков. Осуществлялся отбор проб в последовательных слоях роста раковины в пределах годового кольца, при этом удалось обнаружить сезонную динамику изменения стронция.
••• Известия ДГПУ. Т. 10. № 2. 2016
••• DSPU JOURNAL. Vol. 10. No. 2. 2016
Таблица 1
Биологический контроль за содержанием элементов-примесей в раковинах дидакн в онтогенезе и в зависимости от сезона
№ об. № точк. Чис. проб Участок на срезе, возраст Концентрация металлов Mg/Fe Сезон года
Mg Fe Na
1 1 2 выход нижнего подслоя, 23 года 0,03 (0,004) 0,00 0,30 (0,002) 0 диаг. -
2 3 переход светл./темн., 4,5 года 0,05 (0,002) 0,00 0,71 (0,003) 0 диаг. -
3 2 светлый, 6 лет 0,02 (0,002) 0,03 (0,001) 0,76 (0,004) 0,67 зима
4 2 светл./темн., 9,5 лет 0,06 (0,003) 0,01 (0,001) 0,84 (0,002) 6 весна
2 1 3 светлый, 2 года 0,06 (0,002) 0,00 1,30 (0,004) диаг. -
2 4 нерест, «вилочка» нижний подслой, 4 года 0,12 (0,004) 0,00 0,67 (0,002) 0 диаг. лето
3 2 темный, 7 лет 0,11 (0,003) 0,00 0,32 (0,004) 0 диаг. лето
4 3 темный, 9 лет 0,19 (0,004) 0,00 1,10 (0,005) 0 диаг. -
3 1 3 светлый, 2-3 года 0,01 (0,002) 0,00 1,24 (0,005) 0 диаг. -
2 2 светлый, 4 года 0,02 (0,003) 0,00 0,87 (0,004) 0 диаг. -
3 2 светлый, 6 лет 0,08 (0,002) 0,04 (0,004) 0,80 (0,003) 2 весна
4 4 темн./светл., 8 лет 0,02 (0,001) 0,00 1,01 (0,005) 0 диаг. -
4 1 4 темный, 2 года 0,07 (0,002) 0,00 0,51 (0,001) диаг. весна
2 3 темн./светл., 3 года 0,02 (0,001) 0,03 (0,002) 0,91 (0,004) 0,67 осень
3 2 темный, 6 лет 0,08 (0,002) 0,00 0,73 (0,003) 0 диаг. весна
4 3 светл./темн., 9 лет 0,00 0,00 0,65 (0,002) диаг. -
Примечание: образцы №1 - раковины Didacna praetrigonoides верхнехвалынских отложений туркменского побережья Каспия, Челекен; 2-4 раковины D. trigonoides новокаспийских отложений Дагестана: №№ 2, 3 - пляж к югу от Каспийска, № 4 - район Нефтегавани. В скобках приведены стандартные отклонения для средних величин; Mg/Fe = 0 -отсутствие корреляционных связей из-за нарушения биологического контроля в результате диагенетических процессов.
Mg
0,15 0,1 0,05 0
Fe
3,5
1 и 0,6 0,61
0,23 0,27
3,5
Na
0,8 0,6 0,4 0,2 0
0,69
0,53
3,5
Рис. Изменение концентрации микроэлементов в зависимости от сезона и возраста моллюска Б. Ьаеп (по оси абсцисс - возраст, годы; по оси ординат - концентрация, %)
Естественные и точные науки ••• 25
Natural and Exact Sciences •••
Проведенный анализ позволяет разобраться в существующих противоречиях интерпретации разными авторами возрастных изменений накопления в раковинном веществе моллюсков. В таблице 2 приведены данные по содержанию стронция в сезоне и в онтогенезе у современных и вымерших плейстоценовых дидакн.
У В. trigonoiйes из Сулакского залива при значительных сезонных колебаниях температуры и солености зимой наблюдается повышение содержания Sr на 0,02-0,10 по сравнению с летним периодом. У новокаспийского вида В. tтigonoiйes сезонная разница в концентрации этого элемента составляет 0,01-0,06. У современного вида В. Ьаеп летом значения стронция выше, чем у близкородственного новокаспийского вида В. cтassa. Возможно, это связано с тем, что первый вид обитает на большей глубине, где соленость и температура стабильные. Наблюдаются следующие общие тенденции: стронция накапливается больше в слоях, сформированных зимой; у всех видов отмечаются сезонные закономерности накопления.
Отмечены также общие закономерности в изменении концентрации стронция в онтогенезе. У моллюсков группы trigonoiйes с возрастом происходит увеличение сезонной амплитуды колебаний концентрации стронция. Дидакны с высотой раковины более 30 мм обитали на мелководье с резкими перепадами температуры. Молодые
особи tтigonoiйes обитают на большей глубине.
У группы саНИш молодые и взрослые особи обитают на одной глубине, при стабильных условиях сезонные колебания стронция не столь выражены (табл. 2). По характеру колебаний стронция в онтогенезе можно судить о глубине обитания моллюсков. Наблюдаются общие закономерности у дидакн группы cтassa: максимальные концентрации стронция (0,57-0,58 %) в период перехода к половозрелости, снижение концентрации с возрастом, особенно у новокаспийского вида.
Независимо от геологического возраста, групповой принадлежности дидакн прослеживаются следующие закономерности накопления стронция. У более глубоководных галофильных видов (В. cтassa, В. Ьаеп, В. suЬcatillus) максимальное содержание стронция отмечается в период половозрелости и снижается в онтогенезе. Для солонова-товодных моллюсков разных групп В. tтigonoiйes и В. ЬaтЬotйemaтnyi характерны похожие графики колебаний стронция в сезоне и онтогенезе, что свидетельствует об обитании в близких условиях, в частности на мелководье, причем до половой зрелости моллюски обитали на большей глубине (табл. 2). Следовательно, характер накопления стронция в онтогенезе определяется отношением моллюсков к солености, температуре и их обитанием на определенных глубинах.
Динамика накопления Sr (%) в сезоне и онтогенезе
Таблица 2
Возраст, сезон 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Виды з* л з л з л з
D. crassa (nk) 0,54 0,49 0,57 0,48 0,51 0,46 0,49
D. baeri (совр) 0,56 0,45 0,58 0,55 0,57 0,50 0,53
D. schuraosenica(hz1) - 0,42 0,44 0,42 - - -
D. apsheronica(hz1) - 0,40 0,47 0,41 - - -
D. nalivkini(hz2) - 0,40 0,42 0,40
D. parallella(hv1) - 0,48 0,54 0,50 - - -
D. parallella (совр.) - 0,52 0,59 0,46 - - -
D. subcatillus (hv1) 0,50 0,47 0,51 0,49 0,5 0,47 0,49
D. barbotdemarnyi(coep.) 0,47 0,44 0,49 0,43 0,47 0,40 0,46
D. paleotrigonoides (hz1) - 0,41 0,47 - - - -
D. praetrigonoides (hv2) - 0,40 0,46 - - - -
D. trigonoides (nk) 0,45 0,44 0,45 0,42 0,48 0,41 0,47
D. trigonoides (совр) 0,46 0,43 0,47 0,39 0,47 0,34 0,45
* Примечание: з, л - зима, лето
Естественные и точные науки ••• 26
Natural and Exact Sciences •••
Современная D. parallella из дидакн группы catillus обитает при солености около 12,5 %, концентрация стронция при этом в раковине 0,46-0,59 %. Этот же вид, обитающий в нижней хвалыни, имеет концентрацию 0,48-0,54 %. Представители тригоноид-ной группы в нижнем хазаре в раковине накапливали стронция 0,41-0,47 %, в верхней хвалыни - 0,40-0,46 %. Концентрация стронция в раковинах новокаспийских видов 0,40-0,48 %, современных моллюсков в Сулакском заливе летом - 0,34 % (низкая соленость и высокая температура), зимой -0,47 %.
Заключение
Таким образом, выявлены устойчиво проявляющиеся тенденции изменения содержания элементов-индикаторов с возрастом на отдельных стадиях онтогенеза и в сезоне. С возрастом происходит увеличение содержания Na в раковине. Распределение железа в раковинах дидакн не зависит от сезона, ero концентрация с возрастом уменьшается. Следы кальцита и нарушение прижизненных корреляционных связей Mg/Fe могут свидетельствовать о диагене-
развития. Биостратиграфия, палеонтология осадочного чехла Украины. Киев: Наукова думка, 1987. С. 162-167.
2. Золотарев В. Н. Магний и стронций в кальците раковин некоторых современных двустворчатых моллюсков // Геохимия. 1974. № 3. С. 463470.
3. Carter J. G. Environmental and biological controls of Bivalve shell mineralogy and microstructure // Skeletal growth of aquatic organisms. New York: Plenum Press, 1980. P. 69-113.
composition of the skeletons of modern and fossil invertebrates as a function of their ontogenetic development. Biostratigrafiya, paleontologiya osado-chnogo chekhla Ukrainy [Biostratigraphy, palaeontology of the sedimentary cover of Ukraine]. Kiev, Naukova Dumka Publ. pp. 162-167. (In Russian)
2. Zolotarev V. N. Magnesium and strontium in the calcite shells of some modern bivalves. Geokhimiya [Geochemistry]. 1974. No. 3. pp. 463470. (In Russian)
3. Carter J. G. Environmental and biological controls of Bivalve shell mineralogy and microstructure // Skeletal growth of aquatic organisms. New York. Plenum Press, 1980. P. 69-113, 645-673.
тических преобразованиях в раковинах. Относительное повышение Mg у дидакн отмечается летом и при переходе к поло-возрелости.
У дидакн, по сравнению с другими моллюсками, установлено повышенное накопление стронция, что связано с наличием арагонитовой структуры раковинного вещества, а также особенностями семейства СаЫи4ае.
Стронций включается в кристаллическую решетку арагонита и образует прочные соединения в процессе формообразования раковины еще при жизни моллюсков, поэтому для дидакн является основным элементом-индикатором сезонного и онтогенетического роста.
Выявлено, что у живых моллюсков таксономический контроль за накоплением стронция находится в прямой зависимости от солености и в обратной зависимости от температуры. Это свидетельствует о существовании разных механизмов регуляции содержания стронция в скелетном веществе моллюсков с возрастом и в сезоне.
5. Eisma D., Mook W. G., Das H. A. Shell characteristics, isotopic composition and trace-element of some euryhaline molluscs as indicators of salinity // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 1976. V. 19. P. 39-62.
6. Lowenstam H. A. Mineralogy, O18/O16 rations, strontium and magnesium contents of recent and fossil Brachiopods and their bearing on the history of the oceans // Geology. 1961. Vol. 69. № 3. Р. 345-356.
careous // Paleontology. 1967. Vol. 41. №. 6. P. 1313-1329.
5. Eisma D., Mook W. G., Das H. A. Shell characteristics, isotopic composition and trace-element of some euryhaline molluscs as indicators of salinity // Palaeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 1976. Vol. 19. P. 39-62.
6. Lowenstam H. A. Mineralogy, O18/O16 rations, strontium and magnesium contents of recent and fossil Brachiopods and their bearing on the history of the oceans // Geology. 1961. Vol. 69. №. 3. P. 345-356.
Литература
1. Борисенко Ю. А. Вариации химического состава скелетов современных и ископаемых беспозвоночных как функция их онтогенетического
4. Dodd J. R. Magnesium and strontium in calcareous // Paleontology. 1967. Vol. 41. № 6. P. 1313-1329.
References
1. Borisenko Yu. A. Variations in the chemical 4. Dodd J. R. Magnesium and strontium in cal-
Естественные и точные науки •
Natural and Exact Sciences •••
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации Гусейнов Каис Магомедович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории ихтиологии Прикаспийского института биологических ресурсов (ПИБР), Дагестанский научный центр (ДНЦ) Российской академии наук (РАН), Махачкала, Россия; e-mail: kais61@mail.ru
Хлопкова Марина Владимировна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории гидробиологии и химической экологии моря ПИБР, ДНЦ РАН, Махачкала, Россия; e-mail: hlopkovam@mail.ru
Гасанова Айша Шарапатиновна, кандидат биологических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории гидробиологии и химической экологии моря ПИБР, ДНЦ РАН, Махачкала, Россия; e-mail: kais61@mail.ru
Работа поддержана грантом РФФИ (№12-04-96513-р_юг_а).
Статья поступила в редакцию 01.04.2016 г.
INFORMATION ABOUT AUTHORS Affiliations
Kais M. Guseynov, Ph. D. (Biology), senior researcher, the laboratory of Ichthyology, the Caspian Institute of Biological Resources (CIBR), Dagestan Scientific Centre (DSC), Russian Academy of Sciences (RAS), Makhachkala, Russia; e-mail: kais61@mail.ru
Marina V. Khlopkova, Ph. D. (Biology), researcher, the Laboratory of Hydrobiology and Marine Chemical Ecology, CIBR, DSC RAS, Makhachkala, Russia; e-mail: hlopko-vam@mail.ru
Aysha Sh. Gasanova, Ph. D. (Biology), assistant professor, senior researcher, the laboratory of Hydrobiology and Marine Chemical Ecology, CIBR, DSC RAS, Makhachkala, Russia; e-mail: kais61@mail.ru
The paper has been supported by a grant (№12-04-96513-р_wг_а) from the PFBR.
Article was received 01.04.2016.
Биологические науки / Biological Science
Оригинальная статья / Original Article
УДК 574.24 (599.745.3) / UDC 574.24 (599.745.3)
Тяжелые металлы в организме каспийской нерпы
(Phoca caspica, Gmelin, 1788)
© 2016 Ершова Т. С.1, Танасова А. С. 1, Зайцев В. Ф. 1, Володина В. В. 2
1 Астраханский государственный технический университет, Астрахань, Россия; e-mail: ershova@mail.ru 2 Каспийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства,
Астрахань, Россия; e-mail: kaspnirh@mail.ru
Резюме. В статье представлены результаты исследования аккумуляции общей ртути и кадмия в органах и тканях разновозрастных каспийских тюленей. Установлено, что максимальная биоконцентрация ртути происходит в печени, а кадмия - в почках, являющихся барьерами для проникновения значительного количества этих поллютантов в другие органы и ткани каспийских тюленей. Показано, что уровень аккумуляции ртути и кадмия у каспийской нерпы увеличивается с возрастом.
Ключевые слова: каспийский тюлень, ртуть, кадмий, печень, почки, аккумуляция.
Формат цитирования: Ершова Т. С., Танасова А. С., Зайцев В. Ф., Володина В. В. Тяжелые металлы в организме каспийской нерпы (РЬюса caspica, Gmelin, 1788) // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Естественные и точные науки. Т. 10. № 2. 2016. С. 27-34.
