CC BY
22ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ВЛИЯНИЕ АЛКИЛФЕНОЛОВ НА ПРОЦЕСС БИССУСООБРАЗОВАНИЯ У МИДИИ ГРЕЯ (CRENOMYTILUS GRAYANUS) Кондакова А.С.1, Черняев А.П.2
1Кондакова Александра Сергеевна - преподаватель химии, Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Радиотехнический колледж, г. Санкт-Петербург; 2Черняев Андрей Павлович - кандидат химических наук, доцент, Школа естественных наук, кафедра физической и аналитической химии, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток
Аннотация: изучено влияние ксеноэстрогенов на жизнедеятельность двустворчатого моллюска - мидии Грея (Crenomytilus grayanus). Токсическое действие исследованных ксеноэстрогенов (4-нонилфенол и 4-октилфенол, относящиеся к классу алкилированных фенолов (АФ)), связано с их способностью имитировать естественные гормоны, нарушая функционирование эндокринной системы живых организмов. При низких концентрациях АФ практически не оказывают влияния на жизнедеятельность мидии, но способны ингибировать физиологические и биохимические процессы. Показано, что формирование биссусных нитей ингибируется при низких концентрациях АФ в морской воде (1 мкг/л). Повышение концентрации АФ до 100 мкг/л вызывает стимуляцию синтеза нитей. На третий день при концентрации 500 мкг/л все мидии были живы, но откреплены от стенок аквариума. В аквариумах, с содержанием АФ в воде 2000 мкг/л, формирования биссусных нитей не происходило в течение всего эксперимента, что может являться показателем нарушения функционирования эндокринной системы моллюска.
Ключевые слова: алкилфенолы, биссусообразование, Мидия Грея.
В дальневосточных морях России обитает более 250 видов и подвидов двустворчатых моллюсков, из которых около половины являются ценными промысловыми, а некоторые еще и культивируемыми объектами, как в России, так и в большинстве стран бассейна Тихого океана. Необходимо отметить, что кроме хозяйственного значения, двустворчатые моллюски являются важнейшими компонентами водных экосистем: они составляют значительную часть рациона бентофагов, их личинки являются кормом ихтиофауны, а раковинный материал отмерших моллюсков формирует донные отложения.
На численность популяции, обитающих в прибрежных акваториях, кроме прямого вылова негативно влияет ежегодно увеличивающаяся антропогенная нагрузка, основным действующим фактором которой является химическое загрязнение. По мнению многих исследователей в области экологии и воспроизводства гидробионтов его можно сравнить с такими радикальными воздействиями на экосистему как серьезные (деструктивные) природные катаклизмы и изменение климата.
К числу загрязняющих химических веществ, обнаруживаемых в водных экосистемах, по критериям экологической опасности выделены приоритетные группы: токсичные элементы, стойкие органические загрязнители (пестициды, диоксины и другие галогенсодержащие органические соединения), углеводороды (нефтяные и полиароматические), синтетические поверхностно-активные вещества,
среди которых в последние годы особенно выделяется группа алкилфенолполиэтоксилатов (АФПЭ).
В водных экосистемах в результате сложных процессов биотрансформации (в основном через био- и фотораспад) АФПЭ переходят в стабильные метаболиты, такие как 4-нонилфенол (4-НФ), 4-октилфенол (4-ОФ) и их короткоцепочечные этоксилаты. АФ, в отличие от АФПЭ, намного устойчивее и имеют период полураспада в воде несколько месяцев, а в донных отложениях несколько лет [1, с. 611]. В связи с выраженными липофильными свойствами, умеренной гидрофобностью и невысокой растворимостью АФ могут накапливаться в твердых матрицах, а также аккумулироваться водными организмами - водорослями, моллюсками, ракообразными, и рыбами [2, с. 929], являющимися одним из основных звеньев в «пищевой цепочке», по которой токсиканты попадают в организм человека.
Токсичное воздействие АФ, связано с их способностью имитировать природные гормоны и разрушать эндокринную систему живых организмов, связываясь с гормональными рецепторами. Гормоноподобное действие этих агентов заключается в обнаружении у ряда АФ структурного сходства с половыми стероидами животных. Общим для тех и других оказались основа в виде ароматических углеводородов и наличие, как правило, гидроксильных групп, т.е. принадлежность их к фенолам. Так, например, 4-нонилфенол по своему строению аналогичен женскому гормону 17-0-эстрадиолу [3, с. 1].
ОН
Рис. 1. Структурное сходство 17- в -эстрадиола и 4-нонилфенола
Токсичность алкилфенолов обычно возрастает по мере увеличения длины (гидрофобной) цепи. Для многих организмов АФ более токсичны чем АФПЭ.
Целью настоящей работы является исследование влияния содержания ксеноэноэстрогенов в абиотических компонентах среды на процессы жизнедеятельности мидии Грея.
Район исследования - прибрежная часть острова Рейнеке (залив Петра Великого, Японское море). Метод исследования - биотестирование, посредством тест-функций -образования биссусных нитей и адгезивных дисков.
Мидий отбирали водолазным способом, с глубины 2 -3 м. Размер раковины моллюсков - 9-12 см. У моллюсков, взятых из естественных мест обитания, очищали поверхность раковины от эпибионтов и аккуратно, без повреждения биссусного ствола удаляли биссусные нити. После этого моллюсков акклимировали к конкретным условиям эксперимента в течение 1 суток, отбраковывая нежизнеспособные особи. Мидий помещали на дно десятилитрового аквариума с морской водой по две особи в каждый, располагая их биссусным аппаратом к стенке аквариума. Температурный и кислородный режим, а также соленость воды контролировали ежедневно, гидролого-гидрохимические параметры соответствовали природным (температура воды 22 С, соленость -32,5%о). Содержание алкилфенолов в морской воде этого района находилось ниже уровня определяемых концентраций (0,001 мкг/л).
Эксперимент проводили в трех параллелях. Перед посадкой моллюсков в квариумы добавляли расчетное количество стандартных растворов 4-НФ и 4-ОФ для
создания концентраций: 1; 10; 100; 500; 2000 мкг/л. В контрольном аквариуме моллюски содержали в морской воде без добавления токсикантов. Подсчет биссусных нитей и адгезивных дисков проводили визуально каждые 24 ч в контроле и опыте. По завершению эксперимента определяли среднее количество образованных биссусных нитей в расчете на одну особь. Длительность экспозиции - 96 ч.
Одним из ключевых условий успешного выживания двустворчатых моллюсков семейства ЫуиНёав в прибрежной зоне моря является их способность прочно прикрепляться к субстрату посредством биссуса, называемого также биссусным аппаратом. Такой способ фиксации дает митилидам ряд преимуществ перед другими двустворчатыми моллюсками с иным способом прикрепления. Во-первых, биссус устроен таким образом, что удар волны о животное проходит более рассеяно и сглажено, чем у прочно цементирующихся моллюсков. Во-вторых, биссусная адгезия обеспечивает перманентную фиксацию: при неблагоприятных условиях моллюск может откинуть старый биссус и, переместившись в более пригодное местообитание, образовать новый [4, с. 154]. Биссусные железы производят разные типы секрета: фенольные протеиды с высоким содержанием глицина, полифенолоксидазу и другие компоненты, совместно образующие затвердевающий материал, выходящий из биссусной ямки. До 75% массы нитей и до 26% массы прикрепительных дисков составляет коллаген [5].
Как тест-объекты в токсикологических исследованиях мидии являются высокорезистентными гидробионтами (по критерию смертности). Загрязняющие вещества, в низких концентрациях практически не оказывают влияния на выживаемость мидий, однако, способны ингибировать нормальное течение физиологических и биохимических процессов особей [6, с. 61], негативно влиять на процесс биссусообразования.
Результаты биотестирования показали, что воздействие АФ в морской воде на биосинтез биссусных нитей в течение всех контролируемых промежутков экспозиции оказывало не только ингибирующее воздействие, но и стимулирующий эффект. После 24 часов экспозиции в контроле среднее число биссусных нитей в пересчете на одну особь составляло - 4 шт. Максимальное ингибирование наблюдали при концентрации АФ - 2000 мкг/л (в растворе 4-ОФ в среднем мидии образовывали одну биссусную нить, а в растворе 4 -НФ - ни одной). К концу первых суток экспозиции наблюдали стимулирование образования нитей (относительно контрольной группы) в растворах 4 -ОФ от незначительного (7 шт. - для концентраций 1, 100 мкг/л) до существенного (10 шт. - для концентрации 10 мкг/л и 14 шт. - 500 мкг/л), а в растворах 4-НФ максимальное стимулирование наблюдалось при концентрации 100 мкг/л (10 шт.).
К окончанию 72 часовой экспозиции процесс стимулирования биссусообразования сменился резким ингибированием в растворах алкилфенолов при минимальной исследованной концентрации 4-ОФ и 4-НФ (1 мкг/л) образовалось 12 и 16 нитей соответственно (в контрольной группе на этот момент число нитей составило 29). При концентрациях 4-ОФ 10; 100 и 500 мкг/л количество образованных моллюсками нитей различались не существенно и составляли 16; 15 и 14 шт. соответственно. В растворах 4 -НФ стимулирующее действие токсиканта сохранялось в растворах с концентрациями 10 и 100 мкг/л (количество образованных нитей составило 31 и 34 шт. соответственно). 4 -НФ оказался более токсичным в сравнении с 4-ОФ: при его концентрации 500 мкг/л все моллюски открепились от стенок аквариума, однако оставались живыми, а в растворе 4-ОФ при такой же концентрации процесс биссусообразования был сопоставим с контрольной группой. В растворе 4 -НФ с концентрацией 2000 мкг/л образование нитей не наблюдалось с первых суток до конца эксперимента, а к окончанию 24 часов экспозиции была зафиксирована гибель одной особи.
Меньшая токсичность 4-ОФ подтверждается так же отсутствием погибших организмов и незначительной активностью биссусной железы: на третьи сутки в среднем образовалась одна нить.
К окончанию эксперимента в контрольной группе образовалась в среднем 51 нить, схожие значения наблюдали при концентрации 4-НФ 10 и 100 мкг/л (39 и 45 шт. соответственно) и при концентрации 4-ОФ 10 мкг/л (44 нити). Самое сильное ингибирование отмечено при минимальной концентрации АФ - 1 мкг/л, количество нитей составило: 17 шт. в растворе 4-ОФ и 19 шт. в растворе 4-НФ.
Рис. 2. Влияние 4-нонилфенола на процесс биссусообразования у мидии Грея (Crenomytilus grayanus)
Рис. 3. Влияние 4октилфенола на процесс биссусообразования у мидии Грея (Crenomytilus grayanus)
Проведенные исследования показали, что у мидий, являющихся по критерию смертности высокорезистентными гидробионтами, процессы биссусообразования ингибируются при низких концентрациях АФ в морской воде (1 мкг/л), однако повышение концентраций до 100 мкг/л способно вызывать резкое стимулирование биосинтеза нитей. Такой эффект вероятнее всего вызван нарушением нормального функционирования эндокринной системы особей, посредством имитирования алкилфенолами собственных гормонов моллюсков. На примере 4-октилфенола и 4-нонилфенола показано, что токсический эффект исследуемых соединений значительно усиливается при увеличении длины углеводородной цепи.
Список литературы
1. Li Z., Li D., Oh J., Je J. Seasonal and spatial distribution of nonylphenol in Shihwa Lake, Korea // Chemosphere, 2004. Vol. 56. P. 611-618.
2. Pojana G., Gomiero A., Jonkers N., Marcomini A. Natural and synthetic endocrine disrupting compounds (EDCs) in water, sediment and biota of a coastal lagoon // Environment International, 2007. Vol. 33. P. 929-936.
3. Vazquez-Duhalt R., Marquez-Rocha F., Ponce E., Licea A.,Viana M. Nonylphenol, an integrated vision of a pollutant // Applied Ecology and Environmental Research, 2005. Vol. 4 (1). P. 1-25.
4. Вехова Е.Е. Сравнительная морфология биссусных нитей трех представителей семейства Mytilidae (Bivalvia) из Японского моря // Зоологический журнал, 2007. Т. 86. № 2. С. 154-162.
5. Вестхайд В., Ригер Р. Зоология беспозвоночных. Том 1: от простейших до моллюсков и артропод. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008. 512 с.
6. Переладов М.В., Ерофеева М.П. Экологические аспекты химического и радиоактивного загрязнения водной среды. М., 1983. С. 61-64.
