CC BY
75
УДК 574.7+550.7(571.6)
ВЛИЯНИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ЖИВОТНЫХ ГОРНОГО АЛТАЯ
Татьяна Ивановна Савченко
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической кинетики и горения» СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская, 3, ст. научный сотрудник, тел. (383)333-77-43, e-mail: [email protected]
Ольга Васильевна Чанкина
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт химической кинетики и горения» СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская, 3, научный сотрудник, тел. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Александр Васильевич Бгатов
Новосибирский государственный аграрный университет, Новосибирск, 630039, Россия, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, доцент, тел. (383)336-18-07, e-mail: [email protected]
Изучен многоэлементный состав волос двух пород крупного рогатого скота (Bos primigenius) и зубров (Bison bonasus), завезенных в горный Алтай, установлены достоверные межпородные и межвидовые различия в накоплении макро- и микроэлементов. Показана тесная корреляционная взаимосвязь между содержанием элементов в волосе и костной ткани диких животных, а также в волосе крупного рогатого скота и в атмосферном аэрозоле Горного Алтая.
Ключевые слова: элементный состав, крупный рогатый скот, зубры, Горный Алтай, SRXRF, атмосферные аэрозоли.
INFLUENCE OF BIOGEOCHEMICAL ENVIRONMENT ON THE PECULIARITY DEVELOPMENT OF ANIMALS MOUNTANIN AlTAI
Tatyana I. Savchenko
Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Institutskaya St., senior staff scientist, tel. (383)330-77-43, e-mail: [email protected]
Olga V. Chankina
Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 3 Institutskaya St., scientist, tel. (383)330-77-43, e-mail: chankina@ kinetics.nsc.ru
Alexander V. Bgatov
Novosibirsk State Agrarian University, 630039, Russia, Novosibirsk, 160 Dobrolyubova St., associate professor, tel. (383)336-18-07, e-mail: [email protected]
The multielement composition of the hair of two strains of cattle and aurochs ecdemic to the Mountain Altai was used by the SRXRF method. The reliable pedigree and species differences were established in the uptake of macro- and microelements. A close interconnection was demonstrated to exist between the content of elements in the hair and bone tissue of wild animals and the hair of horned cattle and atmospheric aerosol of the Mountain Altai.
Key words: element composition, cattle, bison, Mountain Altai, SRXRF, atmospheric aerosol.
Научные исследования по изучению механизмов адаптации к новым условиям зубров, маралов, горных козлов, различных пород крупного рогатого скота в течение ряда лет проводятся в Горном Алтае на базе Алтайского экспериментального хозяйства (АЭХ). Особенность этого хозяйства и привлекательность его для научных исследований заключается в том, что на сравнительно небольшой территории собраны различные виды и породы домашних и диких животных. Среди домашних - экзотические породы крупного рогатого скота, среди диких - маралы, зубры, горные козлы.
В развитии животных Горного Алтая следует отметить особенность - это гигантские размеры алтайских травоядных животных. Многие их подвиды на Алтае достигают размеров, иногда в несколько раз превышающие размеры других подвидов этих животных, занимающих другие ареалы[1]. Можно отметить, что в некоторых горных районах наблюдается также гигантская травяная растительность. Те виды трав, которые в равнинных условиях имеют высоту 20 -30 сантиметров, в горах Алтая достигают иногда двух-трех метров и большой биомассы [2].
Особенности химического состава животных и растений дают своего рода биогеохимический портрет отдельных природных экосистем, отражающих их биогеохимическое своеобразие. Согласно предположению А.М. Паничева [3], крупные размеры диких травоядных животных Алтая могут обеспечиваться, в частности, посещением ими т.н. зверовых солонцов, или, правильнее, кудю-ров - природных ионообменников и сорбентов.
Алтайское экспериментальное хозяйство (АЭХ) характеризуется, в частности, тем, что на его территории, используют одну и ту же кормовую базу, для крупного рогатого скота разных пород, а также зубров. Следовательно, поскольку весь набор экологических факторов, в том числе, условия содержания и пища, для всех животных идентичны, различия в концентрации химических элементов в их тканях должны обусловливаться исключительно за счет генетической компоненты.
Целью данной работы являлось определение видовых различий в содержании ряда макро- и микроэлементов в организме крупного рогатого скота и зубров, обитающих на Алтае. Для этой цели мы использовали волосы животных. Правомерность использования волос человека и животных в качестве индикаторного теста для оценки экологической обстановки, а также количественного показателя минерального обмена в организме доказана результатами работ [4, 5].
Проведена оценка взаимосвязи между элементным составом различных тканей домашних животных Горного Алтая и атмосферного аэрозоля, собранного в Горном Алтае.
Образцы волос маралов были взяты в двух мараловодческих хозяйствах Горного Алтая в период срезки у них пантов. Образцы волос зубров собраны в «зубрятнике» АЭХ с деревьев, о которые зубры предпочитают чесаться. Образцы волос крупного рогатого скота (быки 3-4 лет) собраны в «расколе», выстри-ганием в районе лопатки животных.
Многоэлементный состав образцов волос животных определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа с использованием синхротронного излучения (SRXRF) на станции элементного анализа Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (накопитель ВЭПП-3) [6]. Анализировались образцы в виде таблеток диаметром 1 см, массой 20-40 мг при энергии возбуждения 23 кэВ. Для количественной интерпретации характеристических спектров использовались методики, разработанные нами для биологических образцов [5]. Корреляционная связь между исследуемыми величинами определялась уравнением регрессии: у = a + bx, где у и х - логарифмы (1п) среднегеометрического значения концентраций элементов.
Определение элементного состава волос маралов диких и содержащихся в специальных «маральниках» показало, что концентрации элементов: Fe, Mn, Sr значительно выше в волосе диких маралов, чем у особей, содержащихся в «маральниках». Элементы Fe, Мп во многом определяют ценные лечебные свойства крови пантов [7].
Сравнение элементного состава воды из ручья Муны, основного питьевого источника маралов из «маральника», с водой, взятой в пяти местах водопоя диких маралов, существенных отличий не выявило. Следовательно, различия в элементном составе волос диких и «домашних» маралов связаны не с водой, а с другими минеральными источниками. К таковым можно отнести кудюры (зверовые «солонцы») [3].
В таблице приведены данные по содержанию некоторых макро- и микроэлементов в волосе крупного рогатого скота двух пород (серая украинская и галловейская) и зубров, завезенных в Горный Алтай. Согласно полученным данным имеются достоверные межпородные различия в накоплении макро-и микроэлементов. Между серой украинской и галловейской породами скота наблюдается различие по концентрациям следующих элементов: Ca, Mn, Br, Rb, Sr, а между зубрами и каждой породой крупного рогатого скота добавляются еще элементы: Fe, М, Zr, Pb. Следовательно, чем большие генетические различия между данными травоядными животными, тем значительнее различия в содержании химических элементов.
Факторный анализ всей совокупности многоэлементного состава волос исследуемых животных Алтая свидетельствуют об имеющихся значительных отличиях в составе факторов. Это может быть связано с различной степенью взаимного влияния элементов на протекающие в организме животных процессы, зависящие как от вида животных, так и их индивидуальных особенностей.
Проведенные нами исследования указывают на то, что разные районы, с точки зрения геохимии, предполагают разведение разных пород скота, а именно тех, селекция которых и отбор аллелей генов проходили в сходных геохимических условиях.
Можно предположить, что гигантизм животных Горного Алтая мог сложиться в процессе многовековой эволюции за счет отбора определенных аллелей генов, контролирующих рост и биомассу животных, как следствие их приспособленности к наличию гигантских продуцентов, то есть растительности в
местах горообразовательных процессов, обеспечивающих дополнительный источник газов, участвующих в процессах фотосинтеза [2].
Таблица
Концентрации химических элементов в волосе зубров и крупного рогатого скота, мкг/г
Элемент Зубры Серая украинская порода Галловейская порода
(п=9) скота(п=7) скота (п=7)
<Х1> (ае1 ), мкг г <Х1> (ае1 ), мкг г 1 <Х1>(ае1 ), мкг г 1
К 620 (1,7) 740 (1,4) 450 (2,1)
Са 1550 (1,4) 2400 (1,5) 6470 (1,3)
Сг 0,7 (1,8) 0,3 (1,3) 0,2 (1,7)
Мп 68 (1,8) 17 (1,8) 45 (1,3)
Бе 1095 (2,0) 270 (1,5) 208 (1,3)
Со 1,2 (1,6) 0,5 (1,4) 0,4 (1,2)
N1 3,8 (1,5) 1,4 (1,2) 1,1 (1,2)
Си 15, 0 (1,4) 13,4 (1,1) 9,7 (1,1)
2п 120 (1,4) 130 (1,2) 98 (1,2)
Бе 0,3 (1,5) 0,2 (1,3) 0,2 (1,4)
Вг 7,7 (2,4) 2,4 (1,3) 0,5 (2,0)
ЯЬ 3,0 (2,1) 0,9 (1,3) 0,5 (1,4)
Бг 5,8 (1,9) 3,2 (1,5) 8,8 (1,3)
2г 5,8 (1,9) 0,5 (1,5) 0,3 (1,5)
Мо 0,2 (1,5) 0,1 (1,9) 0,1 (1,2)
РЬ 1,1 (1,9) 0,6 (1,5) 0,5 (1,4)
<Х1> - среднее геометрическое значение концентрации, ^ . стандартное
отклонение
Следует отметить, что важную роль в миграции химических элементов в биосфере играет атмосферный аэрозоль (АА). Нами методом корреляционного анализа было показано существование тесной взаимосвязи совокупности концентраций элементов, содержащихся в атмосферном аэрозоле Горного Алтая и тканях (шерсти и костных тканях) марала, дикого кабана, косули, горного козла, а также шерсти зубра, обитающих в Горном Алтае. Было установлено наличие тесной корреляционной связи между элементным составом указанных объектов (от г=0.82 до г=0.94) [8]. Элементный состав волос и костных тканей диких животных Горного Алтая был определен ранее и описан в работе [5].
В настоящей работе методом корреляционного анализа выявлена тесная взаимосвязь при сопоставлении совокупности концентраций элементов, содержащихся в атмосферном аэрозоле (АА) и шерсти серой украинской породы (у = - 0.7 + 0.9х; г = 0,86), а также АА и галловейской породы домашнего скота, (у = -1.1 + 1.0х; г = 0,87).
Анализ полученных результатов по взаимосвязи химических элементов, содержащихся в тканях живых организмов и в аэрозоле, позволяет допустить, что атмосферный аэрозоль играет значимую роль в глобальных циклах следовых элементов.
Данные элементного состава волос и костных тканей диких животных Горного Алтая использовались нами для исследования взаимосвязи элементного состава этих тканей, принадлежащих маралу, косули, кабану и горному козлу. Установлено, что между элементным составом волос и костной ткани марала (y = 0.6 + 1.10x; г = 0,84), косули (y = 1.0 + 1.10x; г = 0.85), горного козла (y = 0.95+1.10x; r= 0.88), а также дикого кабана (y = 0.95 + 1.10x; r = 0.88) существует тесная корреляционная связь. Полученные данные указывают на то, что микроэлементный состав любой из изученных тканей организма животных может быть использован как биогеохимический индикатор состояния окружающей среды.
Заключение. Данные по многоэлементному составу шерсти зубров, двух пород крупного рогатого скота, обитающих на Алтае, указывают на то, что, чем большие генетические различия между травоядными животными, тем значительнее различия в содержании химических элементов.
Показано, что многоэлементный состав волос и костной ткани диких животных тесно связан друг с другом и любой из них может служить оценкой влияния естественной и техногенной нагрузки.
Проведена оценка взаимосвязи между элементным составом тканей домашних животных Горного Алтая и атмосферного аэрозоля, собранного в Горном Алтае. Выявлена высокая корреляционная зависимость между содержанием химических элементов в шерсти животных Алтая и в атмосферном аэрозоле Сибири. По-видимому, аэрозоли играют важную роль в глобальных биогеохимических циклах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Собанский Г. Г. Звери в горах. - Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1982. - С. 192.
2. В. И. Бгатов, Н. А. Лизалек, Н. М. Кужельный, И.В. Шаламов. Геологическая среда и наземная растительность. - Новосибирск: СНИИГГиМС, 2007. - С. 175.
3. Паничев А. М. Литофагия в мире животных и человека. - М.: Наука, 1990. - С. 40.
4. Ермаков В. В, Тютиков С. Ф. Геохимическая экология животных. - Москва: Наука, 2008. - С. 315.
5. Koutzenogii K.P., Savchenko T.I., Chankina O.V., Kovalskaya G.A.; Osipova L.P, Bgatov A.V. Synchrotron Radiation X-ray Fluorescence Analysis (SRXRF) for Measuring the Multielement Composition of Samples of Biogenic Nature // J. Trace and Microprobe Techniques., - 2003.-V. 21. - № 2. - pp. 311-325.
6. Baryshev V. B., Kulipanov G. N., Skrinsky A. N. Review of X-ray fluorescent analysis using synchrotron radiation. // Nucl. Instrum. Meth. Phys. Res.; -1986. - A 246. - pp. 739-750.
7. Бгатов А. В., Анохин С. М., Савченко Т. И., Чанкина О. В.,. Ковальская Г. А, Соро-колетов О.Н. Минеральный состав тканей диких и домашних маралов Горного Алтая // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, - .2007, - № 6 (174). - С. 59.
8. Куценогий К. П., Савченко Т. И., Чанкина О. В., Попова С. А. Взаимосвязь элементного состава живых организмов, атмосферных аэрозолей, компонентов питания // Химия в интересах устойчивого развития. 2010. - Т. 18. - № 2. - С. 145-152.
© Т. И. Савченко, О. В. Чанкина, А. В. Бгатов, 2015
