CC BY
15Journal of Siberian Federal University. Biology 2 (2010 3) 199-210
УДК 597.554.3: 57.044: 537.636
Влияние магнитного поля и ионов Cu2+
на раннее развитие плотвы
Rutilus rutilus (L.) (Cyprinidae, Cypriniformes)
В.В. Крылов*, Ю.В. Чеботарева, Ю.Г. Изюмов, Е.А. Осипова
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, Россия 152742, Ярославская обл., Некоузскийр-н, пос. Борок 1
Received 4.06.2010, received in revised form 11.06.2010, accepted 18.06.2010
В рамках исследования влияния магнитных полей на живые организмы была изучена возможность модификации действия магнитного поля присутствием ионов меди. Эмбрионы плотвы Rutilus rutilus подвергались воздействию магнитного поля (72,5 Гц, 150 рТ) и растворов ионов Cu2+ (0,01 мг/л и 0,001 мг/л) по отдельности и совместно. Учитывали: выживаемость икры, темпы вылупления предличинок, размерно-массовые и морфологические показатели сеголеток. Изученные факторы влияют на большинство исследованных показателей. Присутствие в водной среде ионов меди повышает негативный эффект магнитного поля. Ионы Cu2+ в концентрации 0,01 мг/л оказали больший негативный эффект, чем ионы Cu2+ в концентрации 0,001 мг/л. Полученные результаты важны при оценке экологических рисков в промышленных зонах.
Ключевые слова: магнитное поле, ионы меди, эмбриогенез, плотва.
Настоящая работа является продолжением изучения воздействия магнитных полей (МП) на раннее развитие плотвы Rutilus rutilus (Ь.). Прежде было установлено, что МП с частотой 500 Гц и величиной индукции 150 дТ при воздействии на ранний эмбриогенез плотвы вызывает снижение размерно-массовых показателей и изменяет ряд морфологических признаков у молоди, а также приводит к повышению доли рыб с аномалиями позвоночника (Крылов, Чеботарева, 2006). Впоследствии путём воздействия на разные промежутки раннего развития плотвы были выявлены отрезки эмбриогенеза, наиболее
чувствительные к МП с указанными параметрами: значительное уменьшение массы и размеров сеголеток наблюдали при развитии эмбрионов в МП от оплодотворения до га-струляции; наибольшие изменения числа позвонков и позвонковых аномалий характерны для молоди, испытывавшей влияние МП от гаструляции до вылупления эмбрионов; магнитное воздействие на свободные эмбрионы плотвы вызывало незначительные биологические эффекты (Чеботарева и др., 2009а).
Целью данной работы было исследование раздельного и сочетанного влияний низкочастотного МП и ионов меди на эмбриогенез
* Corresponding author E-mail address: kryloff@ibiw.yaroslavl.ru
1 © Siberian Federal University. All rights reserved
плотвы. В первую очередь, мы хотели проследить, как изменяются эффекты действия МП при наличии в среде, где развиваются эмбрионы, свободных ионов металлов. Некоторые магнитобиологические гипотезы предполагают, что первичной мишенью действия МП на биологические объекты могут быть заряженные частицы, в частности ионы, участвующие в биохимических реакциях (Lednev, 1991). Сульфат меди в качестве источника ионов был выбран нами в связи с тем, что характер его токсического действия на живые организмы достаточно хорошо изучен (Перевозников, Богданова, 1999; Антонович и др., 1999; Romeo et al., 2000; Handy, 2003).
Влияние факторов на эмбрионы плотвы оценивали на 4-месячных сеголетках, что позволило выявить как прямые, так и отдалённые эффекты. Для оценки влияния МП и растворов Cu2+ были выбраны признаки с разной степенью вариабельности и чувствительности к внешним воздействиям в раннем онтогенезе, использованные в предыдущих работах (Таликина и др., 1999; Касьянов и др., 2001; Таликина и др., 2002; Крылов, Чеботарева, 2006; Чеботарева и др., 2009а).
Материалы и методы
В качестве объекта использовали эмбрионы плотвы R. rutilus. Воздействие изучаемых факторов на эмбрионы проводили в соответствии с методикой, разработанной М.Г. Тали-киной и др. (1999). Половые продукты были получены от 4 самок и 3 самцов, пойманных неводом на нерестилище в Рыбинском водохранилище в мае 2007 г. Осеменение икры проводили сухим способом, после чего она развивалась в кристаллизаторах с речной водой или с испытываемыми растворами.
Водные растворы Cu2SO4-5H 2O готовили каждый раз при смене воды путём последовательных разведений. В опытах использовали
синусоидальное МП. Сигнал создавался в генераторе Г3-102 (Москва, СССР) и поступал на кольца Гельмгольца, диаметром 30 см, в рабочем объеме которых проводили эксперименты. Значения сигнала контролировались при помощи осциллографа С1-70 (Вильнюс, СССР). Кольца располагали в горизонтальной плоскости, эксперименты проводили на фоне геомагнитного поля. Генерировалось МП с частотой 72,5 Гц и величиной индукции 150 дТ. Изначально данные параметры были рассчитаны как параметры поля с циклотронной частотой для ионов Си2+. Но, поскольку при инкубации не был учтён вклад геомагнитно -го поля, выбор таких параметров МП не стоит рассматривать как проверку модели параметрического резонанса в биологических системах (Леднев, 1996). Интенсивность генерируемого поля контролировалась магнитометром НВ-2032 (НПО «ЭНТ», Санкт-Петербург, Россия) непосредственно перед проведением эксперимента.
Рассматривали шесть вариантов: контроль, раствор Си2804-5Н20 с концентрацией ионов Си2+ 0,01 мг/л, раствор Си2804-5Н20 с концентрацией ионов Си2+ 0,001 мг/л, МП, совместное действие МП и раствора си2804-5Н20 с концентрацией ионов Си2+ 0,01 мг/л, совместное действие МП и раствора Си2804-5Н20 с концентрацией ионов Си2+ 0,001 мг/л. Наличие ионов Си2+ в воде с концентрацией 0,001 мг/л является ПДК для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйствен-ное значение (Перечень..., 1999). Концентрация SO42- анионов в воде при приготовлении исследуемых растворов была нетоксичной (Перечень..., 1999).
Учитывая результаты предыдущих экспериментов (Чеботарева и др., 2009а), обработку зародышей во всех вариантах производили от оплодотворения до гаструляции. Смена воды и растворов проводилась дважды
в сутки: утром и вечером. При смене воды подсчитывали число живых эмбрионов, учитывали темпы вылупления предличинок. Смертность вылупившихся предличинок во всех вариантах была минимальной. По 400 личинок из контрольного и экспериментальных вариантов после рассасывания желточного мешка помещали в пруды с естественной кормовой базой (б/с «Сунога») на 4 мес. Смертность плотвы в прудах была минимальна и не зависела от применённого воздействия.
У сеголеток определяли массу тела и измеряли длину от вершины рыла до конца че-шуйного покрова, подсчитывали общее число позвонков (Vert), число позвонков в грудном (V), переходном (V) и хвостовом (V) отделах. Признаки осевого скелета рассматривали как независимо, так и в виде сочетаний, характеризующих число позвонков в каждом отделе в порядке Va-V-Vc. Разнообразие признаков осевого скелета у сеголеток было оценено с помощью критерия Животовского (Животов-ский, 1991). Исследовали также изменчивость формулы глоточных зубов. Показателем стабильности развития служила дисперсия флуктуирующей асимметрии c2d (Захаров,
1987), которую определяли для числа отверстий каналов сейсмосенсорной системы в парных костях черепа - зубных (dentale), лобных (frontale) и предкрышечных (praeoperculum).
Достоверность различий средних значений признаков оценивали по критерию Стьюдента, а дисперсий флуктуирующей асимметрии - по критерию Фишера. Для установления связи между различными мор-фометрическими показателями применяли корреляционный анализ.
Результаты
Выживаемость эмбрионов при обработке была выше в контрольном варианте, чем в экспериментальных (рис. 1). Наиболее высокая смертность развивающихся эмбрионов наблюдалась при совместном действии МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л во время экспозиции зародышей. К моменту вылупления предличинок выживаемость эмбрионов (от их исходного количества после осеменения икры) у контрольной группы составила 70 %; экспериментальные группы показали более низкую выживаемость зародышей - от 54 до 61 % в разных вариантах.
Рис. 1. Выживаемость эмбрионов (в % от общего количества оплодотворённой икры): 1 - контроль; 2 -раствор ионов Си2+ 0,01 мг/л; 3 - раствор ионов Си2+ 0,001 мг/л; 4 - МП; 5 - совместное действие МП и раствора ионов Си2+ 0,01 мг/л; 6 - совместное действие МП и раствора ионов Си2+ 0,001 мг/л. Ось абсцисс -Время с момента оплодотворения, часы; ось ординат - Количество живых эмбрионов, %
Вылупление предличинок во всех вариантах проходило синхронно.
У сеголеток плотвы, подвергшихся во время эмбрионального развития совместному воздействию МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л, наблюдалось значительное достоверное уменьшение длины и массы относительно контроля (табл. 1). Действие МП, растворов Си2+ с концентрациями 0,01 и 0,001 мг/л по отдельности, а также совместное действие МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,001 мг/л, напротив, приводило к увеличению размерно-массовых показателей по сравнению с контролем.
Действие МП на плотву во время эмбрионального развития приводило к уменьшению числа лучей в брюшных плавниках у экспериментальных сеголеток по сравнению с контрольными (табл. 2). Экспозиция эмбрионов в растворе Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л, - как и обработка раствором Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л и МП, вызывала снижение числа лучей в грудных плавниках у сеголеток. Совместное действие МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,001 мг/л приводило к снижению числа лучей в грудных плавниках, в брюшных плавниках и в анальном плавнике.
Снижение числа позвонков в грудном отделе позвоночника по сравнению с контролем наблюдалось у сеголеток после действия во время раннего эмбриогенеза растворов Си2+ с концентрациями 0,01 и 0,001 мг/л и совместного действия раствора Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л и МП (табл. 3). Уменьшение общего числа позвонков по отношению к контролю отмечалось при совместном действии МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л.
Показатель разнообразия позвонковых фенотипов в разных экспериментальных вариантах изменялся по сравнению с контролем следующим образом: снижался для разноо-
бразия морф позвоночника при воздействии на эмбрионы раствора Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л и для общего числа позвонков после совместного действия МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л; повышался для разнообразия морф хвостового отдела позвоночника при действии на эмбрионы раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л и для разнообразия морф хвостового и переходного отделов позвоночника при совместном действии МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л (табл. 4).
Распределения различных формул глоточных зубов у сеголеток из экспериментальных вариантов в основном не отличались от контроля. Только у рыб, ранний эмбриогенез которых проходил в растворе Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л, разнообразие формул глоточных зубов было достоверно ниже контрольного (в контроле д = 2,25±0,25 (M±m), в варианте Cu2+ 0,001 мг/л д = 1,26±0,12, p<0,05).
Число отверстий в каналах сейсмосен-сорной системы в dentale у сеголеток, ранний эмбриогенез которых проходил в МП и в растворах Cu2+ с концентрациями 0,01 и 0,001 мг/л, было достоверно выше, чем у контрольных особей (табл. 5). При совместном действии МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л данный показатель не отличался от контрольного значения, в случае воздействия МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л был ниже контроля.
Совместное действие МП и растворов Cu2+ на плотву во время раннего эмбриогенеза приводило к значимому снижению числа отверстий в каналах сейсмосенсорной системы в praeoperculum по сравнению с контролем. После экспозиции эмбрионов в МП, в растворе Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л или в растворе Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л по отдельности, число отверстий в каналах сейс-
Таблица 1. Длина и масса сеголеток плотвы в контроле и в опытных вариантах
Вариант Длина, мм Масса, г п
Контроль 69.92±0.48 6.12±0.14 63
МП 75.05±0.44* 7.95±0.14* 80
Си 0,01 78.72±0.46* 9.19±0.17* 97
Си 0,001 71.33±0.41* 6.46±0.16 40
МП - Си 0,01 59.90±0.33* 3.63±0,07* 94
МП - Си 0,001 70.93±0.31 6.57±0,09* 131
Здесь и далее * - различия достоверны относительно контроля при р<0,05.
Таблица 2. Число лучей в плавниках у сеголеток плотвы в контроле и в опытных вариантах
Вариант грудные брюшные спинной анальный п
Контроль 15.54±0,06 8.13±0,03 9.84±0,05 10,00±0,05 63
МП 15.49±0,05 8.01±0,02* 9.83±0,04 10,03±0,05 80
Си 0,01 15.23±0,06* 8.05±0,03 9.81±0,04 9.93±0,05 97
Си 0,001 15.49±0,08 8.15±0,05 9.95±0,03 10,08±0,08 40
МП - Си 0,01 15.23±0,06* 8.10±0,03 9.74±0,05 9.90±0,05 94
МП - Си 0,001 15.28±0,05* 8.00±0,01* 9.73±0,04 9.82±0,04* 130
Таблица 3. Число позвонков у сеголеток плотвы в контроле и в опытных вариантах
Вариант Уа VI Ус УеЛ п
Контроль 16.66±0,08 3.07±0,06 15.26±0,07 41.98±0.10 82
МП 16.53±0,07 3.09±0,06 15.36±0,06 41.98±0,09 98
Си 0,01 16.43±0,06* 3.11±0,05 15.21±0,06 41.74±0,08 117
Си 0,001 16.42±0,08* 3.17±0,08 15.18±0,07 41.77±0.10 60
МП - Си 0,01 16.40±0,05* 3.03±0,05 15.18±0,05 41.61±0,06* 114
МП - Си 0,001 16.65±0,05 3.15±0,05 15.26±0,05 42.07±0,08 151
Таблица 4. Разнообразие распределений признаков осевого скелета у сеголеток плотвы по Животовскому (Индекс Животовского (д) ± стандартная ошибка)
Вариант Уа-УьУс Уа VI Ус УеЛ п
Контроль 14.56±0.89 3.24±0.20 2.66±0.12 2.48±0.14 4.16±0.24 82
МП 16.46±0.96 3.15±0.17 2.88±0.18 2.92±0.18 4.18±0.19 98
Си 0,01 14.98±0.88 3.42±0.21 2.55±0.10 3.17±0.15* 4.06±0.26 117
Си 0,001 10,07±0.70* 2.85±0.23 2.92±0.23 2.51±0.14 3.55±0.29 60
ЭМП - Си 0,01 12.95±0.76 2.76±0.17 2.65±0,09 2.62±0,09 3.09±0.16* 114
ЭМП - Си 0,001 21.10±1.12* 3.33±0.19 3.10±0.14* 3.08±0.14* 4.50±0.21 151
Таблица 5. Показатели развития сейсмосенсорной системы в парных костях черепа у сеголеток плотвы в контроле и в опытных вариантах
frontale dentale praeoperculum
Вариант Число 2 Число 2 Число 2 n
отверстий <JS отверстий <Js отверстий
Контроль 5.27±0,05 0.741 2.87±0,07 1.184 8.14±0,07 0.950 82
ЭМП 5.17±0,05 0.495* 3.43±0,05* 0.823* 8.04±0,06 0.866 98
Cu 0,01 5.15±0,04 0.776 3.12±0,05* 0.661* 8.05±0,06 0.886 117
Cu 0,001 5.40±0,06 0.879 3.14±0,08* 1.250 8.07±0,07 1.051 60
ЭМП - Cu 0,01 5.27±0,04 0.661 2.40±0,07* 1.034 7.86±0,07* 1.168 114
ЭМП - Cu 0,001 5.23±0,03 0.653 2.96±0,05 0.993 7.89±0,05* 0.800 151
Таблица 6. Аномалии развития позвоночника у сеголеток плотвы в контроле и в опытных вариантах
Вариант
Доля рыб Среднее число сращений позвонков
со сращениями позвонков на одну особь в выборке
Контроль ЭМП Cu 0,01 Cu 0,001 ЭМП - Cu 0,01 ЭМП - Cu 0,001
0.451 0.612* 0.265* 0.217* 0.175* 0.470
0.83±0.12 1.18 ±0.12* 0.46 ±0,09* 0.35±0.10* 0.25 ±0,06* 0.91±0,09
82 98 117 60 114 151
n
мосенсорной системы в praeoperculum не отличалось от контрольного значения.
Действие на плотву МП во время раннего эмбриогенеза приводило к снижению дисперсии флуктуирующей асимметрии числа отверстий в костях черепа по сравнению с контролем (табл. 5). Развитие эмбрионов в растворе Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л вызывало снижение дисперсии флуктуирующей асимметрии в dentale у сеголеток.
Экспозиция эмбрионов в МП приводила к увеличению числа сращений позвонков у сеголеток (табл. 6). После действия растворов Cu2+ с концентрациями 0,01 и 0,001 мг/л и совместного действия МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л на эмбрионы плотвы число сращений позвонков у сеголеток было ниже контрольного значения.
Корреляционный анализ не выявил какой-либо связи между дисперсией флук-
туирующей асимметрии и числом сращений позвонков, дисперсией флуктуирующей асимметрии и общим числом позвонков. Однако для всех исследуемых вариантов показана достоверная положительная корреляция (р<0,05) между общим числом позвонков и числом сращений позвонков. Значения коэффициентов корреляции: 0,367 в контроле, 0,356 в МП, 0,550 в растворе Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л, 0,412 в растворе Си2+ с концентрацией 0,001 мг/л, 0,348 в сочетании МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л, 0,444 в сочетании МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,001 мг/л.
Обсуждение
Как показано ранее, слабые низкочастотные МП с различными характеристиками при воздействии на ранний эмбриогенез плотвы вызывают снижение размеров и массы сего-
леток (Крылов, Чеботарева, 2006; Чеботарева и др., 2009а; Крылов и др. 20106).
В данном эксперименте действие МП с частотой 72,5 Гц и величиной индукции 150 дТ во время раннего эмбриогенеза приводило к увеличению массы и размеров у сеголеток, а уменьшение этих показателей наблюдалось лишь при совместном действии раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л и МП. Известно, что действие слабых низкочастотных МП на биологические системы описывается нелинейно и зависит от частоты и амплитуды поля (Бинги, 2002).
Хроническое воздействие низких концентраций ионов меди (0,02 и 0,002 мг/л) на молодь карпа Cyprinus carpió (L) (Cyprinidae, Cypriniformes) приводит к подавлению активности гуморального звена иммунной системы, дисбалансу прооксидантно -антиоксидантной системы, уменьшению функции детоксици-рующих систем организма и снижению общего адаптационного потенциала рыб (Силки-на и др., 2009). Развитие эмбрионов плотвы в малых концентрациях других, различных по своей химической природе, токсикантов (хлорофос, фенол, актиномицин D, разведенные бытовые стоки, ^метил-№-нитро-Ы-нитрозогуанидин) может вызывать как повышение, так и снижение размерно-массовых показателей у сеголеток (Таликина и др., 1999; Чеботарева и др., 2009б). Величина и знак эффектов при этом зачастую нелинейно зависят от концентрации.
Число позвонков у рыб - это показатель, отличающийся высокой чувствительностью к воздействиям различной природы во время раннего эмбрионального развития (Lindsey, 1988; Изюмов, Касьянов, 1995; Таликина и др., 2002; Павлов, 2007; Чеботарева и др., 2009б). Окончательное число сегментов тела рыб, а также связанное с ним число позвонков определяются рано, задолго до появления самих
этих элементов (Lindsey, 1988; Павлов, 2007). В те же фенокритические интервалы формируется и большинство отклонений в строении позвоночника (Павлов, 2007). Ранее было установлено, что наибольшие изменения в числе позвонков происходят при воздействии МП на промежуток эмбрионального развития от гаструляции до вылупления, более ранняя или поздняя обработка вызывает меньшие эффекты (Чеботарева и др., 2009 а; Крылов и др. 2010б). С этим вполне согласуются результаты настоящей работы, не выявившие изменений в числе позвонков у сеголеток, испытывавших влияние МП во время развития от оплодотворения до гаструляции.
Вместе с тем, действие МП привело к значимому увеличению количества сращений позвонков по сравнению с контролем. Сращения позвонков могут вызываться не только нарушениями в сегментации зародышей и окостенении тел позвонков, но и ошибками на более ранних этапах. До гаструляции эмбрионов, по литературным данным (Руководство..., 1970; Недялков, 1981), могут отмечаться такие аномалии, как неправильное расположение бластомеров на бластодиске, разноразмерность бластомеров, недоразвитие или непропорциональное развитие отдельных частей зародыша, деформация зародыша, водянка. Такие нарушения развития могут приводить к деформации и асимметрии закладок метамерных органов и несогласованности развития отдельных элементов, приводящих к появлению разного рода нарушений в строении осевого скелета у рыб.
При действии на эмбрионы плотвы растворов Си2+, а также при совместном действии МП и раствора Си2+ с концентрацией 0,01 мг/л наблюдалось уменьшение числа позвонков в грудном отделе позвоночника и снижение количества сращений позвонков. Эти данные согласуются с обнаруженными корреляциями
между числом позвонков и числом сращений позвонков. Возможно, ионы меди выполняли некую протекторную функцию в процессе развития аномалий в позвоночнике плотвы. Кроме того, не исключено, что такие значения данных признаков обусловлены селективной смертностью зародышей и сеголеток с большими отклонениями от нормы в строении осевых структур. Следует также упомянуть, что ионы Cu2+ , в отличие от магнитного поля, могут обладать пролонгированным эффектом, связанным с накоплением их в теле зародыша и воздействием на него после окончания поступления ионов в среду.
Ранее отмечалось, что увеличение вну-трипопуляционного разнообразия происходит после экспонирования эмбрионов плотвы в МП (500 Гц, 150 дТ) (Чеботарева и др., 2009а). При этом разнообразие было тем выше, чем раньше в онтогенезе рыбы подвергались воздействию. В данном эксперименте эффект, подобный описанному, был обнаружен только при совместном действии МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л. Разнообразие позвонковых фенотипов у сеголеток плотвы после воздействия на эмбрионы малых концентраций хлорофоса, по нашим данным (Чеботарева и др., 2009б), коррелирует с общим числом позвонков и количеством аномалий позвоночника. В настоящем эксперименте такой корреляции не выявлено. Вероятно, это связано со специфичностью воздействия разных агентов на рыб.
У сеголеток из 4 экспериментальных вариантов было отмечено изменение числа отверстий каналов сейсмосенсорной системы в dentale. Увеличение значений этого признака отмечалось ранее у сеголеток, раннее развитие которых прошло в МП (500 Гц, 150 дТ) (Чеботарева и др., 2009а) и в низкочастотных флуктуациях МП, соответствующих сигналу реальной магнитной бури в направлении
Я-компоненты (Крылов и др., 2010а). По-видимому, данный показатель довольно чувствителен к изменениям МП и токсическим воздействиям. Формирование каналов сейс-мосенсорной системы в покровных костях черепа у плотвы происходит на протяжении первого лета жизни. Таким образом, различия в числе отверстий каналов боковой линии в dentale могут отражать пролонгированные эффекты использованных в работе факторов.
Эффекты воздействия на ранний эмбриогенез плотвы исследованных факторов и их комбинаций выразился в следующем:
- после развития зародышей в МП у сеголеток увеличивались длина, масса, число отверстий в dentale, повышалось число сращений позвонков, уменьшалось число лучей в брюшных плавниках, снижался показатель флуктуирующей асимметрии отверстий сейсмосенсорной системы в frontale и dentale;
- после развития эмбрионов в растворе Cu2+ c большей концентрацией у сеголеток происходило увеличение размерно-массовых показателей (максимальное для всех экспериментальных вариантов), увеличение числа отверстий сейсмосенсорной системы в dentale, повышение разнообразия морф хвостового отдела позвоночника и уменьшение количества позвонков в туловищном отделе, уменьшение числа лучей в грудных плавниках, снижение показателя флуктуирующей асимметрии в dentale и количества сращений позвонков;
- раствор Cu2+ меньшей концентрации после развития в нем зародышей плотвы вызвал у сеголеток снижение числа позвонков в туловищном отделе, уменьшение разнообразия позвонко-
вых фенотипов, снижение количества сращений позвонков и увеличение числа отверстий сейсмосенсорной системы в dentale;
- совместное воздействие на эмбрионы МП и раствора Cu2+ с большей концентрацией выразилось в значительном снижении длины и массы сеголеток, уменьшении числа лучей в грудных плавниках, укорочении туловищного отдела и позвоночника в целом, снижении разнообразия по общему числу позвонков, снижении количества сращений позвоночника и уменьшении числа отверстий в dentale и praeoper-culum;
- развитие эмбрионов в МП и растворе Cu2+ с меньшей концентрацией вызвало небольшое увеличение массы у сеголеток, снижение числа лучей в грудном, брюшном и анальном плавниках, уменьшение числа отверстий в praeoperculum, увеличение разнообразия морф всего позвоночника и позвонковых вариантов переходного и хвостового отделов.
Из всех исследованных в работе вариантов только совместное воздействие МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л на эмбриональное развитие плотвы выразилось в заметном негативном эффекте: тормозился рост рыб, замедлялась закладка сейсмо-сенсорной системы и формирование скелета плавников. Остальные комбинации факторов при их влиянии на раннее развитие не вызвали серьезных изменений у молоди. Наименьшим был эффект действия раствора Cu2+ с концентрацией 0,001 мг/л.
Интересно, что если рассматривать три экспериментальных варианта - воздействие МП и раствора Cu2+ с концентрацией 0,01 мг/л по отдельности и вместе, то мож-
но обнаружить, что раздельное воздействие указанных факторов на эмбриогенез плотвы усиливает линейный и весовой рост молоди, а совместное - подавляет его. В ответ на давление стрессовых факторов возможно как повышение, так и понижение темпа роста рыб (Дгебуадзе, 2001). Разные ответы на токсический стресс В.Г.Михайленко (2002) связывает с проявлением двух стратегий защиты организма - активной (защита осуществляется путем повышения интенсивности метаболизма, направленной на компенсацию функций, репарацию повреждений и восстановление гомеостаза) и пассивной (она включает в себя ограничение реакции организма на экстремальные воздействия, уменьшение скорости возникновения и распространения повреждений). В реакции организма плотвы отдельно на электромагнитное и токсическое воздействие в раннем эмбриогенезе можно видеть проявление активной защиты организма, совместное влияние этих факторов ведёт к проявлению пассивной защиты.
МП и раствор Си2+ с концентрацией 0,001 мг/л в наибольшей степени повышали разнообразие фенотипов позвоночника и его отделов, что могло быть вызвано снижением стабильности развития плотвы в таких условиях. Признаком изменения стабильности развития организма рыб может быть и повышение показателя флуктуирующей асимметрии числа отверстий сейсмо-сенсорной системы в костях черепа. Но в данном случае показатель асимметрии не изменялся ни для одной из трех исследованных костей. Таким образом, нарушение стабильности онтогенеза, скорее всего, было ограничено эмбриональным периодом развития плотвы, а дальнейшее формирование и становление морфологических структур у молоди протекало сбалансированно.
В целом из проведённого исследования можно сделать вывод, что присутствие в водной среде ионов меди повышает негативный эффект МП. Однако приведённые результаты мы рассматриваем как предварительные. Требуются дополнительные работы в этом на-
правлении. Вместе с тем, оба этих фактора -электромагнитный и токсический - нередко совместно воздействуют на живые организмы в естественных водоемах. Особенно заметными подобные эффекты могут быть в водоёмах, расположенных в промышленных центрах.
Работа поддержана Советом по грантам Президента РФ, грант МК-239.2009.4. Список литературы
Антонович Е.А., Подрушняк А.Е., Шуцкая Т.А. (1999) Токсичность меди и ее соединений. Сообщение первое (Обзор литературы). Современные проблемы токсикологии. 3: 4-13
Бинги В.Н. (2002) Магнитобиология: эксперименты и модели. М.: Изд-во МИЛТА, 592 с. Дгебуадзе Ю.Ю. (2001) Экологические закономерности изменчивости роста рыб. М.: Наука, 276 с.
Животовский Л.А. (1991) Популяционная биометрия. М.: Наука, 271 с. Захаров В.М. (1987) Асимметрия животных. М.: Наука, 216 с.
Зельдович Я.Б., Бучаченко А.Л., Франкевич Е.Л. (1988) Магнитно-спиновые эффекты в химии и молекулярной физике. УФН. 155: 3-45
Зубкова Н.Н., Зубкова Е.И., Крепис О.И., Билецки Л.И. (2008) Роль и возможности применения микроэлементов при заводском воспроизводстве и выращивании рыб. В: Вопросы рыбного хозяйства Беларуси. Сборник научных трудов. Вып. 24. РУП «Институт рыбного хозяйства», Минск. С. 85- 88
Изюмов Ю.Г, Касьянов А.Н. (1995) О наследственной обусловленности числа позвонков у плотвы Rutilus гШИш. Вопр. ихтиол. 35: 594-597
Касьянов А.Н., Таликина М.Г, Изюмов Ю.Г., Касьянова Н.В., Папченкова Г.А. (2001) Изменчивость признаков осевого скелета у сеголеток плотвы Rutilus гutilus после воздействия токсических веществ в период раннего индивидуального развития. Вопр. ихтиол. 41(4): 495-503
Крылов В.В., Чеботарева Ю.В. (2006) Инкубация икры плотвы Rutilus гutilus в переменном электромагнитном поле частотой 500 Гц вызывает аномалии осевого скелета у сеголеток. В: Комов В.Т. (ред.) Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения. Оренбург: Димур, С. 80-86
Крылов В.В., Изюмов Ю.Г., Чеботарева Ю.В. (2010а) Влияние типичной магнитной бури и низкочастотных магнитных полей на Rutilus гutilus (Ь.) (сравнение экспериментальных данных). В: Сборник научных статей «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов». Том 1 «Экологическая физиология и биохимия водных организмов». Петрозаводск: Изд-во Карельского научного центра РАН (в печати).
Крылов В.В., Чеботарева Ю.В., Изюмов Ю.Г., Зотов О.Д., Осипова Е.А. (2010б) Действие типичной магнитной бури на ранний онтогенез плотвы Rutilus гutilus (Ь.). Биол. внутр. вод. 4. (в печати)
Леднев В.В. (1996) Биоэффекты слабых комбинированных, постоянных и переменных магнитных полей. Биофизика. 41: 224-232
Михайленко В.Г. (2002) Неоднозначность резистентности организмов. Успехи соврем. биол. 122 (4): 334-341
Недялков Г.Ф. (1981) Аномалии и смертность эмбрионов как проявление разнокачествен-ности икры белого амура. В: Разнокачественность онтогенеза у рыб. Киев: Наукова думка, С. 37-49
Павлов Д.А. (2007) Морфологическая изменчивость в раннем онтогенезе костистых рыб. М.: ГЕОС, 246 с.
Перевозников М.А., Богданова Е.А. (1999) Тяжелые металлы в пресноводных экосистемах. Спб.: ГосНИОРХ, 228 с.
Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. (1999) М.: ВНИРО, 304 с.
Руководство по биотехнике разведения и выращивания растительноядных рыб. (1970) М.: ВНИИПРХ, 72 с.
Силкина Н.И., Микряков Д.В., Микряков В.Р. (2009) Влияние низких концентраций ионов меди на иммунобиохимические показатели молоди карпа Cyprinus carpio. Токсикол. вест. 6: 13-16
Таликина М.Г., Изюмов Ю.Г., Касьянов А.Н., Касьянова Н.В. (2002) Влияние температурного и кислотного воздействий в период раннего эмбриогенеза на число микроядер в эритроцитах и число позвонков у сеголеток плотвы Rutilus rutilus (L.). Биол. внутр. вод. 1: 76-79
Таликина М.Г., Изюмов Ю.Г., Касьянов А.Н., Папченкова Г. А. (1999) Влияние токсических веществ в период эмбриогенеза на выживаемость, линейно-весовые показатели и формирование гонад сеголеток плотвы Rutilus rutilus (L.). Вопр. ихтиол. 39 (3): 401-409
Чеботарева Ю.В., Изюмов Ю.Г., Крылов В.В. (2009а) Влияние переменного электромагнитного поля на раннее развитие плотвы Rutilus rutilus (Cyprinidae, Cypriniformes). Вопр. ихтиол. 49(3): 422-428
Чеботарева Ю.В., Изюмов Ю.Г., Таликина М.Г. (2009б) Некоторые морфологические особенности сеголеток плотвы Rutilus rutilus (Cyprinidae) после воздействия токсикантов на ранние стадии развития (позвонковые фенотипы, пластические признаки и флуктуирующая асимметрия). Вопр. ихтиол. 49(2): 269-276
Handy R.D. (2003) Chronic effects of copper exposure versus endocrine toxicity: two sides of the same toxicological process? Comp. Biochem. Physiol. Part A. 135: 25-38
Lednev V.V. (1991) Possible mechanism for the influence of weak magnetic fields on biological systems. Bioelectromagnetics. 12: 71-75
Lindsey C.C. (1988) Factors controlling meristic variation. Fish physiology. In: W.S. Haar, D.J. Randall (eds.). XI. Physiology of developing fish. Pt. B. Viviparity and posthatching juveniles. San Diego, New York, Berkeley, Boston, London, Sydney, Tokyo, Toronto: Acad. Press. SNC. P. 197-274
Nakagava M. (1997) A study on extremely low frequency electric and magnetic fields and cancer: Discussion of EMF safety limits. J. Occupat. Health. 39: 18-28
Oliveira M., Serafim A., Bebianno M.J., Pacheco M., Santos M.A. (2008) European eel (Anguilla anguilla L.) metallothionein, endocrine, metabolic and genotoxic responses to copper exposure. Eco-toxicol. Environ. Saf. 70: 20-26
Oner M., Atli G., Canli M. (2008) Changes in serum biochemical parameters of freshwater fish Oreochromis niloticus following prolonged metal (Ag, Cd, Cr, Cu, Zn) exposures. Environ. Toxicol. Chem. 27: 360-366
Polk C. (1986) Physical mechanisms by which low-frequency magnetic fields can affect the distribution of counterions on cylindrical biological cell surfaces. J. Biol. Phys. 14: 3-8
Romeo M., Bennani N., Gnassia-Barelli M., Lafaurie M., Girard J. P. (2000) Cadmium and copper display different responses towards oxidative stress in the kidney of the sea bass Dicentrarchus labrax. Aqual. Toxicol. 48(2-3): 185-194
Influence of Magnetic Field and Cu2+ Ions on the Early Development in
Roach Rutilus Rutilus (L.) (Cyprinidae, Cypriniformes)
Viacheslav V. Krylov, Yulia V. Chebotareva, Yuriy G. Izyumov and Elena A. Osipova
Institute of Biology of Inland Waters RAS, Borok, Yaroslavskaya obl., 152742 Russia
Effect of the magnetic field (72.5 Hz, 150 p.T), solutions of Cu2+ ions (0.01 mg/l and 0.001 mg/l) and the combined effect of these factors on the eggs of roach Rutilus rutilus was studied. Survival and hatching rate of eggs, size-weight and morphological indices of fingerlings were considered. It is shown that the direction and intensity of biological effects caused by the combined effect of the magnetic field and Cu2+ solutions can differ from the effects caused by these factors separately.
Keywords: magnetic field, early ontogenesis, roach, combined effect
