CC BY
12
МУТАГЕННЫЙ И ТЕРАТОГЕННЫЙ ЭФФЕКТЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
ПОЧЕЧУИ В. А.
Уральская государственная горно-геологичсская академия
Одним из наиболее мощных факторов преобразования окружающей среды на Урале являются горно-металлургические комплексы (ГМК), характеризующиеся извлечением и переработкой огромных масс горных пород.
Технология горно-металлургического производства, основной целью которого являегся получение металлов или сплавов, на всех этапах переработки минерального сырья не является «чистой». Это связано, с одной стороны, с несовершенством технологического цикла, а с другой -с многокомпонентностью перерабатываемого сырья. В результате в окружающую среду идёт активное поступление загрязняющих веществ, превалирующее значение из которых имею) металлы. Это происходит в результате газопылевых выбросов при добыче и металлургическом переделе полезного ископаемого, сбросов шахтных, карьерных, дренажных, техногенных вод. В результате длительного и интенсивного воздействия предприятий горнодобывающей и металлургической промышленности в городах Урала произошло колоссальное геохимическое загрязнение окружающей среды рудными и попутными компонентами, основу которых составляют металлы.
Все эти металлы относятся к опасным загрязнителям, как правило, воды и почвы из-за своей токсичности в относительно низких концентрациях, с одной стороны, и способности к биоаккумуляции - с другой. Особую опасность представляют некоторые водорастворимые соединения металлов. В настоящее время известно, что в большой концентрации металлы могут выступать как мутагены, тератогены и канцерогены. Соединения таких металлов, как алюминий, никель, кадмий, медь, свинец, теллур, вызывают хромосомные аберрации в клетках животных и растений. Ряд соединений металлов, таких, как кадмий, хром, свинец, рассматриваются как канцерогены и вызывают рак у животных и человека.
Имеющиеся в литературе немногочисленные данные с использованием модельных объектов позволяют сделать вывод о том, что при воздействии тяжелых металлов на самые ранние стадии эмбриогенеза отрицательные последствия воздействия проявляются как непосредственно на той стадии, на которой производилось это воздействие, так и на более поздний период энтогенеза, в виде тех или иных морфофизиологических нарушений.
Для мониторинга среды немаловажное значение имеет арсенап методов биологического тестирования. Наиболее значимым явпяется метод определения вредности токсикантов (в том числе тяжелых металлов) для гамет эмбриональной и личиночной стадий животных, как наиболее чувствительных к действию этих веществ.
В лаборатории генетики кафедры зоологии УрГУ на протяжении ряда лет ведутся исследования в области экологической генетики вообще и разработки методов биологического тестирования окружающей среды с помощью генотоксического эффекта. Этот тест является комплексным и охватывает эмбриональные и постэмбриональные периоды развития. В качестве модельного объекта использовалась ОговорИПа тс1ап(^а51сг, биологическая особенность развития которой позволяет осуществить количественную и качественную оценку полютантов различной природы на всех стадиях развития. Это особенно важно при изучении биологического эффекта тяжелых металлов, среди которых в условиях Урала ведущее место занимают соединения меди, поэтому представляет интерес изучить с использованием модельной системы ОгоБорЬНа ше1апо£а51ег токсический, мутагенный и тератогенный эффекты соединений меди в ряду поколений, то есть ее пролонгирующий эффект.
Особый интерес представляют данные о влиянии различных концентраций меди на ранние этапы развития, в первую очередь на эмбрионапьную стадию. Это позволяет дать оценку влияния меди на генеративные и соматические клетки:
Для достижения цели перед нами были поставлены следующие задачи:
I) на основании литературных источников дать оценку уровня загрязнения различных экологических систем на предмет содержания меди в условиях Уральского региона.
2) используя различные концентрации соли меди (СиБОД осуществить сравнительный анализ генотоксического эффекта с использованием линии дикого типа «Север» в первом, втором и третьем поколениях отбора;
3) изучить влияние соли меди (Си504) на морфогенез крыла с целью выявления хемоморфо-
4) используя 25 морфометрических показателей, осуществить сравнительный анализ про-лессов морфогенеза крыла в опыте и контроле, используя для этих целей коэффицент флкжтуи-руюшей симметрии и многофакторный анализ.
В работе сделан литературный обзор по воздействию медной промышленности Среднего Урала на воздух, снежный покров, почвы, поверхностные воды и животных. Приведена методика исследования влияния солей меди на модельном объекте.
В ходе исследований с использованием различных концентраций Си$04 были осуществлены жеперименты влияния меди на процессы морфогенеза крыла.
Мы использовали два метода исследований:
1) анализ крыльев имаго, подвергнутых воздействию различных концентраций СиЭО«;
2) анализ картины морфогенеза крыла мух, с использованием 25 морфометрических показателей.
В первой части этой серии опытов нами была проанализирована выборка 1000 крыльев при ■хждой концентрации СиБОд. Результаты исследований показали следующее: хемоморфозы типа —ирсзка на крыльях» были обнаружены только при самой низкой концентрации СиБОд. Частота возникновения такого типа хемоморфозов составила 0,9 %. При других концентрациях такого ти-ав повреждений не обнаружено.
По сравнению с контролем, обработка солями меди различной концентрации на стадии ли-чшки всегда приводит к достоверному снижению средней индивидуальной плодовитости: чем выше концентрация меди, тем меньше плодовитость.
Статистичский анализ позволяет обнаружить достоверные различия уровня плодовитости в лежи мости от концентрации меди в среде. Анализ индивидуальной изменчивости позволяет, сули по коэффициенту вариации, сделать вывод о том, что коэффициент вариации в контроле составляет 42,2, что свидетельствует о высоком уровне генетической гетерогенности по изучаемому ■ркзнаку. При воздействии изучаемого полютанта можно ожидать либо увеличение коэффициента мриации по этому признаку, как результат генетического разнообразия чувствительности меди на мровокационном фоне, что мы и наблюдали в опытах, при концентрации СиБОд 0,050 г на 0,050 л среды, когда были обработаны родительские формы, и коэффициент вариации составил 51,09.
Однако при наименьшей концентрации Си$04. 0,012 г на 0,050 л среды по сравнению с контролем наблюдается почти трехкратное снижение коэффициента вариации по данному показателю. Таким образом, на фоне низких концентраций меди уровень гетерогенности в отношении плодовитости изучаемой нами выборки сужается.
Анализ плодовитости I и II поколений, показывает на пролонгирующий эффект после действия солей меди на плодовитость.
Таким образом, обработка родительских форм на стадии личинки различными концентрациями СиБО* приводит по сравнению с контролем почти к двухкратному уменьшению плодовитости в зависимости от концентрации. Следующий раздел нашей работы по изучению различных концентраций СиБОд на генотоксический эффект посвящен изучению частоты возникновения эмбриональных деталей, с использованием различных концентраций Си80< в ряду поколений.
Анализ частоты встречаемости нерглвившихся яиц осуществлялся как в контроле, так и в трех сериях с различной концентрацией СиБОд. Результаты свидетельствуют о том, что. наряду со »ачительным снижением плодовитости, среди отложенных яиц наблюдалось достоверное по сравнению с контролем повышение нсразвившихся яиц .
В первую очередь это касается частоты возникновения поздних эмбриональных леталей (ПЭЛ). Появление НЭЛ обнаруживаег примую зависимое!ь 01 концет рации используемого полютанта. Наибольшее количество неразвившихся яиц было получено при наивысшей концентра-циии изучаемого агента. Таким образом, можно утверждать, что соединение меди выступает как источник возникновения ранних эмбриональных леталей и поздних эмбриональных леталей, поэтому можно говорить об его мутагенной природе.
В ряду поколений при всех концентрациях наблюдается уменьшение частоты встречаемости эмбриональных леталей, хотя в опытах с максимальной концентрацией частота возникновения, в первую очередь, ПЭЛ все же продолжает оставаться на очень высоком уровне.
Таким образом, данные второй серии опытов по изучению частоты встречаемости эмбриональных летал ей свидетельствует как о высоком уровне возникновения Г13Л, при обработке родительских форм Си504 различными концентрациями, так и в последующих поколениях.
В третьей серии эксперимента рассматривался еще один показатель генотоксического эффекта, а именно частота возникновения постэмбриональных деталей.
По сравнению с контролем родительские особи, подвергшиеся действию меди различной концентрации на стадии личинки, обнаруживают при всех трех концентрациях очень высокие значения частоты встречаемости иеразвившихся особей. Обнаружена прямая зависимость от концентрации изучаемого агента. Наибольшее количество вылетевших имаго обнаружено при минимальной концентрации, которое составило 52,5 %.
Обращает на себя внимание гибель не только на стадии личинки, но и на стадии куколки.
Таким образом, соединения меди оказывают существенное влияние не только в эмбриональный период, но и в постэмбриональный.
В ряду поколений в каждом опыте соответствующей концентрации Си804 нами было прослежено закономерное снижение частоты встречаемости поздних эмбриональных деталей. Во II поколении отбора частота встречаемости личиночных и куколочных деталей приближается к значениям. близким к контролю, и фактически уже не отличается от контроля по данному показателю. При низких концентрациях Си504 частота вылета имаго от числа отложенных личинок приближается к 90 %.
Таким образом, судя по нашим данным, биологический эффект при использовании разных концентраций СиЭ04 демонстрирует довольно сложную картину повреждения на разных этапах развития организма. Тем не менее полученные нами данные свидетельствуют об определенной мутагенной активности данного соединения, по крайней мере на уровне генеративных клеток.
Влияние соединений меди на соматические клетки в ходе онтогенеза было прослежено нами при изучении процессов с использованием родительских форм при минимальной концентрации СиБ04. При такой концентрации возникали повреждения крыльев с определенной частотой.
Такого рода изменения не были обнаружены, судя по данным лаборатории генетики, даже в случае анализа морфологических мутаций. Это свидетельствует о том, что соединения меди оказали влияние на морфогенез крыла еще в период детерминации, в процессе метаморфоза. Можно высказать предположение о том, что подобного рода результаты базируются на молекулярно-генетической основе, на уровне реализации наследственной информации.
1. Осуществлен сравнительный анализ генотоксического эффекта на модельном объекте ПгоюрМа те1апо§а51ег с использованием трех концентраций Си804 0,012 г на 0.050 л среды. 0,025 г на 0,050 л среды. 0,050 г на 0,050 л среды в родительском первом и втором поколениях отбора.
2. Показано, что пребывание дрозофил на среде в присутствии солеи меди в указанных концентрациях в период личиночного развития обусловливает у имаго родителей значительное снижение плодовитости по сравнению с контролем, увеличение частоты эмбриональных и постэмбриональных деталей. В последующих поколениях прослежен пролонгирующий эффект в отношении указанных показателей.
3. При незначительных концентрациях СиЭ04 обнаружены явления возникновения хемо-морфозов в виде повреждения «вырезка на крыле» с частотой встречаемости 0,9 %.
На основании полученных результатов делается вывод о мутагенной природе СиБ04 в зависимости от концентрации.
ОСОБЕННОСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА МЕДНОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ (на примере Гумешевского месторождения)
КОНОНУЧЕНКО А. И. Уральская государственная горно-геологическая академия
Гумешевское месторождение было открыто в 1702 году по следам древних разработок и отходов плавки медных руд. Археологические раскопки датируют древний металлургический комплекс УМУ вв. до н. э. Разработка месторождения с перерывами осуществляется с 1735 года.
48
