CC BY
106
Оценка стабильности развития в популяциях Rana Ridibunda Pall. в Ульяновской области
Е.В. Спирина, к.б.н., Ульяновская ГСХА
Одним из современных и наиболее перспективных методов экологической оценки качества окружающей среды является биоиндикация. Биоиндикация позволяет выявить степень и интенсивность воздействия загрязнителей, а также проследить динамику деградации экосистем во времени и пространстве и выразить это в интегральной форме.
Преимущества использования биоиндикаторов для интегральной оценки биосистем разного уровня сложности заключаются в том, что они реагируют не только на отдельные загрязнители, но и на весь комплекс воздействующих веществ определёнными реакциями организма в целом [1].
Всем требованиям, предъявляемым к видам, использующимся для биоиндикации, отвечает озёрная лягушка (Rana ridibunda Pall.) — широко распространённый вид амфибий в европейской части России [2, 3]. Вид обладает чёткими и удобными для исследования признаками, его икра и личинки чувствительны к загрязнителям [4]. Морфофизиологические параметры организма амфибий отражают состояние локального местообитания. У амфибий отсутствует выраженная тенденция к миграции [5], для них характерен высокий уровень полиморфизма. Все эти факторы позволяют успешно использовать R. ridibunda Pall. в качестве вида-биоиндикатора.
Одной из наиболее информативных и интегральных характеристик организма является стабильность его онтогенеза. Стабильность развития — это способность организма к формированию генетически детерминированного фенотипа при минимальном уровне онтогенетических нарушений [6]. Она определяется генетическими факторами и факторами внешней среды.
Мерой стабильности развития может служить флуктуирующая асимметрия, представляющая собой незначительные, ненаправленные отклонения от строгой симметрии [7, 8]. Под влиянием даже слабого негативного воздействия со стороны окружающей среды пути развития организма несколько отклоняются от генетически детерминированной траектории, вследствие чего и возникает флуктуирующая асимметрия. Таким образом, оценка уровня флуктуирующей асимметрии позволяет судить о том, насколько благоприятна среда обитания для данного организма. Преимущество подхода состоит в том, что при этом известна заданная норма, то есть то, что должно быть при отсутствии возмущающих воздействий, — симметрия.
Цель нашего исследования — оценка стабильности развития природных популяций озёрной лягушки (Rana ridibunda Pall.), обитающих в р. Свияге и р. Усе с использованием морфогенетического подхода.
Исследования проводились в Ульяновской области в 2005—2008 гг. Объектом изучения являлась озёрная лягушка (R. ridibunda Pall.).
Исследование содержания тяжёлых металлов в воде проводилось в пяти точках, вниз по течению р. Свияги: с. Спешневке, с. Стоговке, с. Луговом, г. Ульяновске, с. Лаишевке. В качестве фона был выбран экологически чистый водоток — р. Уса. Пробы отбирались в трёх точках: сёлах Елшанке, Михайловке, Гавриловке.
Река Свияга берёт начало в Кузоватовском районе Ульяновской области. На территории Ульяновской области её протяженность составляет 216,4 км, она является правым притоком Волги. Русло реки извилистое, ширина 20—30 м, средняя глубина на перекатах — 0,6 м, на плёсах —
1,3 м. Река сильно загрязнена. В Тереньгульском районе Ульяновской области берёт начало р. Уса. В своём течении она сходна с р. Свиягой и является экологически чистым водотоком. Долина реки пойменная, шириной до 3—4 км.
Степень загрязнения воды тяжёлыми металлами определяли в отделе химико-аналитического контроля растениеводческой, пищевой продукции и кормов ФГУ «Станции агрохимической службы г. Ульяновска». В 2005—2008 гг. были проведены анализы воды из мест обитания озёрной лягушки на содержание тяжёлых металлов. В исследуемых образцах определяли общее содержание таких элементов, как медь, свинец, кадмий, цинк, хром, никель. Анализы проводились атомно-абсорбционным методом.
Стабильность развития оценивали по показателю флуктуирующей асимметрии [9, 10]. Для более точной оценки флуктуирующей асимметрии были исследованы три группы морфологических признаков: признаки окраски (число полос и пятен на бедре, голени и стопе, число пятен на спине), кожных покровов (число белых островков на вентральной стороне II, III, IV пальцев; число пор на вентральной стороне IV пальца) и остеологии (число зубов на межчелюстной дуге и сошнике) [2, 10]. Всего исследовали 13 признаков. В качестве показателя асимметрии для межпопуляционного сравнения использовалась средняя частота асимметричного проявления на признак (ЧАПП) [9, 10]. Статистическую значимость различий между выборками оценивали по t-критерию Стьюдента [11]. Степень загрязнения водной среды относительно нормы определяли по нарушению стабильности развития, основанной на флуктуирующей асимметрии, и оценивали по пятибалльной шкале [9, 10].
В процессе исследования химический анализ воды показал, что содержание тяжёлых металлов в р. Усе не выходило за пределы ПДК.
В р. Свияге содержание тяжёлых металлов во всех районах исследования многократно превышало ПДК. В поверхностном слое воды
наблюдалось превышение ПДК по свинцу: в районе с. Спешневка — в 1,5 ПДК, на территории г. Ульяновска — в 1,6 ПДК, с. Лаишевка — в 1,7 ПДК. В срединном слое воды Свияги содержание свинца также было повышено: в Спешневке (2,5 ПДК), в Луговом (2,8 ПДК), г. Ульяновске (2,7 ПДК), Лаишевке (3,1 ПДК). В придонном слое воды Свияги наблюдалось ещё более выраженное превышение ПДК по свинцу.
В поверхностном слое воды р. Свияги содержание кадмия составило: с. Спешневка — 6 ПДК, с. Стоговка — 3 ПДК, с. Луговое — 7 ПДК, г. Ульяновск — 6 ПДК, с. Лаишевка — 4 ПДК. Содержание кадмия в срединном слое воды р. Свияги значительно превышало ПДК: около с. Спешневки — в 22 раза (22 ПДК), около с. Стоговки — в 3 раза (3 ПДК), с. Лугового — в 25 раз (25 ПДК), в зоне г. Ульяновска и около с. Лаишевки — в 25—27 раз (25—27 ПДК). Содержание кадмия в придонном слое воды р. Свияги значительно превышало ПДК: около с. Спеш-невки — 59 ПДК, около с. Стоговки — 36 ПДК, около с. Лугового — 56 ПДК, в зоне г. Ульяновска — 73 ПДК и около с. Лаишевки — 100 ПДК.
Содержание никеля в поверхностном и срединном слоях р. Свияги и во всех слоях р. Усы не превышало предельно допустимой концентрации, в придонном слое р. Свияги около с. Спешневки и с. Лугового содержание никеля составило 2 ПДК, а около с. Лаишевки и на территории г. Ульяновска — 3 ПДК.
Содержание хрома в срединном слое воды р. Свияги около с. Спешневки, с. Лугового, с. Лаишевки и в г. Ульяновске составило 3 ПДК. Содержание хрома в придонном слое воды р. Свияги около с. Стоговки составило 3,5 ПДК, около с. Спешневки — 4,7 ПДК, около с. Лугового — 5,5 ПДК, в зоне г. Ульяновска —
7,4 ПДК, около с. Лаишевки — 9,3 ПДК.
Подводя итог исследованиям по загрязнению р. Свияги тяжёлыми металлами, можно заключить, что на всём течении реки уровни содержания тяжёлых металлов во много раз превышают ПДК. Согласно полученным данным основные загрязнители аккумулируются в придонном слое.
Результаты оценки стабильности развития в популяциях озёрной лягушки, обитающих в реках Свияге и в Усе, отражены на рисунке 1.
Чтобы ориентировочно оценить степень отклонения состояния организма от нормы, удобно воспользоваться пятибалльной системой оценки А.Т Чубинишвили [9], где первый балл соответствует условно нормальному, фоновому состоянию популяции, а пятый — критическому.
Наибольшие нарушения стабильности развития были обнаружены у озёрных лягушек, отловленных в р. Свияге. Они характеризуются пятым баллом, что соответствует критическому состоянию. Среди обследованных выборок
Рис. 1 - Показатели морфогенетического гомеостаза в популяциях R. ridibunda Pall
1. Показатели стабильности развития
Средняя частота
Район асимметричного Балльная
исследований проявления оценка
на признак
р. Уса, с. Елшанка 0,32±0,01, n=66 1
р. Уса, с. Михайловка 0,29±0,03, n=64 1
р. Уса, с. Гавриловка 0,25±0,04, n=60 1
р. Свияга, с. Спешнёвка 0,86±0,01, n=116 5
р. Свияга, с. Стоговка 0,83±0,01, n=68 5
р. Свияга, с. Луговое 0,78±0,01, n=73 5
р. Свияга, г Ульяновск 0,75±0,02, n=61 5
р. Свияга, с. Лаишевка 0,80±0,01, n=83 5
наиболее благополучным оказалось состояние популяций из условно контрольного района (р. Уса): оно характеризуется первым баллом (условно нормальное состояние) (табл. 1).
Значения показателя асимметрии, полученные для выборок из условно контрольных точек (р. Уса — с. Елшанка, с. Гавриловка, с. Михай-ловка), статистически значимо отличаются от значений, полученных в точках антропогенно-трансформированного водотока (р<0,05). При анализе коэффициентов корреляции средней частоты асимметричного проявления на признак
была выявлена сильная связь с содержанием свинца, кадмия и связь средней силы с содержанием никеля и хрома в воде. Поэтому использование показателей флуктуирующей асимметрии для оценки стабильности развития озёрных лягушек и индикации водоёмов целесообразно. Кроме того, оценка стабильности развития по флуктуирующей асимметрии позволяет судить об условиях, в которых находились животные на ранних стадиях онтогенеза, когда происходило формирование изучаемых признаков, и является неспецифической реакцией организма на стрессирующее воздействие.
Всё это позволяет предположить, что первичная оценка состояния популяций может быть получена при использовании стабильности развития при экологическом мониторинге.
Литература
1. Лыдня А.Г., Пилипенко А.Ф. Биоиндикаторы в мониторинге заповедников Украины // Вестник Днепропетровского университета «Биология и Экология». Дніпропетровськ: Видавництво ДДУ, 1993. В.1. С. 37-39.
2. Чубинишвили А.Т. Гомеостаз развития в популяциях озёрной лягушки (Rana ridibunda Pall. ), обитающих в условиях химического загрязнения в районе Средней Волги // Экология. 1998а. Т.29. №1. С. 71-74.
3. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г. и др. Здоровье среды: практика оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 320 с.
4. Вершинин В.Л. Морфологические аномалии амфибий городской черты // Экология. 1995. №4. С. 299-307.
5. Ищенко В.Г. Динамический полиморфизм бурых лягушек фауны СССР. М.: Наука, 1978. 148 с.
6. Захаров В.М. Асимметрия животных (популяционнофеногенетический подход). М.: Наука, 1987. 216 с.
7. Van Valen L. A study of fluctuating fsymetry. // Evolution, 1962. V. 16. P. 125-142.
8. Захаров В.М. Онтогенез и популяция (стабильность развития и популяционная изменчивость) // Экология. 2001. №3. С. 164-168.
9. Чубинишвили А.Т. Оценка стабильности развития и цитогенетического гомеостаза в популяциях европейских зелёных лягушек (комплекс Rana esculenta) в естественных и антропогенных условиях // Онтогенез. 2001. Т.32. №6. С. 434-439.
10. Чубинишвили А.Т. Оценка состояния природных популяций озёрной лягушки (Rana ridibunda Pall.) в районе Нижней Волги по гомеостазу развития: цитогенетический и морфогенетический подходы // Зоологический журнал. 1998 б. Т.77. №8. С. 942-946.
11. Sokal R.R., Rohlf J.F. Biometry. The principles and practice of statistics in biological research. 2nd ed. San Francisco: Freeman W.H. 1981. 859 p.
