Воздействие ПАВ на моллюски

Воздействие катионного поверхностно-активного вещества на мидий: ингибирование
фильтрации воды // Вестник МГУ. Сер.16. Биология. 2004. № 4. С. 38 - 41. Резюме на англ. яз.
с.41, резюме на русск. яз. с.52. [Соавторы: С.А.Ocтроумов, Виддоус Дж. (Widdows J.)].
[Ингибирующее воздействие ПАВ ТДТМА 0.3 – 5 мг/л на фильтрацию воды мидиямигибридами Mytilus edulis × M. galloprovincialis из природной популяции в Северной
Атлантике].
D:\___papers in work\___articles in prep\_VestnikMGU\_11a.doc
Ключевые слова: катионное поверхностно-активное вещество ПАВ, КПАВ,
тетрадецилтриметиламмонийбромид, морские двустворчатые моллюски, фильтраторы
мидии, ингибирование фильтрации воды, Виддоус Дж. (Widdows J.), ингибирующее
воздействие, ТДТМА, фильтрация воды мидиями, гибрид Mytilus edulis × M. galloprovincialis,
природная популяция, Северная Атлантика, загрязнение воды, качество воды, Вестник МГУ,
С.А.Oстроумов,
УДК 574.6: 574.635 :574.685
ВОЗДЕЙСТВИЕ КАТИОННОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА
МИДИЙ: ИНГИБИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ
© 2004 г. Остроумов С.А.*, Виддоус Дж. (Widdows J.) **
*Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, биологический факультет,
119992 Москва, Воробьевы горы
.**Плимутская морская лаборатория, г. Плимут, Англия (Plymouth Marine Laboratory, Prospect
Place, West Hoe, Plymouth, PL1 3DH, England)
Ранее изучали воздействие детергентов на различных морских организмов
в том числе автотрофных (Остроумов, Максимов, 1988; Уотербери, Остроумов,
1994; Фишер и др., 1996; Христофорова и др., 1996; Айздайчер и др., 1999;
Айздайчер 2000; Айздайчер, Реунова, 2002) и гетеротрофных (например,
Bressan et al., 1989 - цит. по Остроумов 2001а; Тюрин, 1994 и др.).
В данной работе объектом исследования были двустворчатые моллюски,
которые являются важным элементом водных экосистем, существенным для их
функционирования ( Алимов, 1981, 2000; Dame et al., 2001) .
Изучалось воздействие анионного поверхностно-активного вещества
(ПАВ) на морских двустворчатых моллюсков (Остроумов и др., 1997;
Остроумов, 2001а,б;
Ostroumov, 1998). Обнаруженные эффекты
выявили
потенциальную опасность анионных ПАВ в связи с возможным нарушением
1
гидробиологического механизма очищения воды
(Остроумов, 2001 в, 2002б).
Представляет интерес вопрос о том, какое действие оказывают на морских
двустворчатых моллюсков вещества из другого важного класса ксенобиотиков
– из класса катионных ПАВ (КПАВ).
Цель данной работы – сообщить о результатах изучения действия КПАВ
тетрадецилтриметиламмонийбромида (ТДТМА) на морских двустворчатых
моллюсков из природной гибридной популяции
(Mytilus edulis
х
M.
galloprovincialis). В работе впервые описано и охарактеризовано ингибирование
фильтрационной активности атлантических мидий из природной гибридной
популяции (M. edulis х M. galloprovincialis) при воздействии КПАВ.
Выбор именно ТДТМА для проверки его воздействия на моллюсков
обусловлен тем, что это вещество является представителем одной из наиболее
широко применяемых групп соединений из класса КПАВ – четвертичных
аммониевых оснований.
Мидии для опытов собирали со скал вблизи г. Плимута (Южная Англия).
Для опытов отбирали мидий весом в среднем 4.5 г (сырая масса с раковиной).
Мидии помещали в стеклянные сосуды с морской водой (2 л) и магнитными
мешалками. Сосуды находились в термостатируемой комнате при 16°C.
Морскую воду брали на расстоянии 16 км от береговой линии в районе г.
Плимута и затем фильтровали через нитроцеллюлозные фильтры WCN с
порами диаметром 0.45 µm (Whatman, Great Britain). В каждом опыте
использовали 16 животных, из которых 8 находились под воздействием ПАВ, а
8 других использовали как контроль. Моллюсков взвешивали перед опытом и
тщательно подбирали состав опытной и контрольной выборок так, чтобы они
были максимально близки по весу.
В каждый сосуд помещали по одному
моллюску. ПАВ добавляли в сосуды за 90 мин перед началом опыта. Опыт
начинали одновременной добавкой равных объемов концентрированной
суспензии водорослей Isochrysis galbana Parke во все сосуды. Дополнительно
ставили еще один контроль с суспензией водорослей в сосуде, где
отсутствовали мидии и ПАВ; было обнаружено, что в этом случае в течение
опыта не происходит заметных изменений концентрации водорослей в воде.
2
Скорость фильтрации определяли по убыли концентрации водорослей
(Isochrysis
galbana Parke, штамм CCAP 927/1). Концентрация клеток
водорослей измерялась с помощью счетчика Култера (Coulter Electronics
counter), модель Industrial D. Детали метода описаны в (Остроумов, 2001а).
Результаты опытов представлены в таблице 1. Видно, что нарастающие
концентрации ТДТМА оказывали нарастающее ингибирующее воздействие на
скорость фильтрации воды мидиями.
При концентрации 1 мг/л ТДТМА скорость фильтрации по сравнению с
контролем уменьшалась почти в 10 раз (на порядок), а при концентрации 5 мг/л
она уменьшалась по сранению с контролем в 25-50 раз (составляла всего лишь
2-4 % от контроля).
Полученные
результаты
согласуются
в
результатами
изучения
воздействия на мидий анионного ПАВ додецилсульфата натрия (Остроумов и
др., 1997;
Остроумов, 2001а). Заметное действие додецилсульфата натрия
проявлялось при концентрациях в диапазоне
1-5 мг/л, причем эффект был
статистически значим ( р < 0.05) (Остроумов, 2001а). Результаты согласуются
также с данными об ингибировании фильтрации воды моллюсками при
действии других ксенобиотиков (Табл.2; Widdows, Page, 1993; Остроумов,
2002а; Ostroumov, 2002a, b ). В наших экспериментах катионный ПАВ ТДТМА
сильнее подавлял фильтрационную активность моллюсков, чем анионный ПАВ
(Остроумов и др 1997; Ostroumov, 1998; Остроумов,
2001 б).
Действие
катионного ПАВ ТДТМА проявлялось при концентрации (0.3 мг/л) и менее. Эти
концентрации значительно меньше
тех максимальных концентраций ПАВ,
которые регистрировались в морских экосистемах (Остроумов, 2001а). Из
таблиц 1 и 2 видно, что ингибирующее воздействие на фильтрацию воды
моллюсками оказывали представители всех основных классов ПАВ – анионных
ПАВ (додецилсульфат натрия), катионных ПАВ (ТДТМА) и неионогенных
ПАВ (Тритон-Х100), а также представители смесевых препаратов, содержащих
ПАВ – синтетических моющих средств (СМС). Существенно, что эффекты,
выявленные в этих опытах (включая опыты, описанные в данной статье), не
сопровождались повышением смертности моллюсков в течение 48 часов, т.е.
3
концентрации
ксенобиотиков,
ингибирующие
фильтрацию,
были
сублетальными.
Установлено, что ПАВ обладают свойством подавлять фильтрационную
активность не только моллюсков, но и коловраток, что было недавно показано
на примере воздействия ТДТМА на экспериментальную популяцию коловраток
Brachionus calyciflorus (Остроумов и др., 2003).
Обнаруженные в данной работе новые факты о возможном воздействии
ПАВ на фильтраторов подтверждают значимость выявленных новых видов
опасности химического загрязнения – риска синэкологического суммирования
и синэргизма воздействий на организмы смежных трофических уровней
(Остроумов, 2001в), риска разобщения пелагиально-бентического сопряжения в
экосистемах (Остроумов, 2002б), снижения способности экосистемы к
очищению воды и восстановлению (репарации) ее качества. Подробное
обсуждение экологической важности свойства ПАВ снижать фильтрационную
активность гидробионтов-фильтраторов приведено в работах (Остроумов,
2001а; 2003а; 2004а,б,в; Ostroumov, 2002a b).
Поскольку ПАВ могут содержаться в загрязненных водах, попадающих в
морские экосистемы, то их воздействие на фильтрационную активность
моллюсков может тормозить один из важных процессов, участвующих в
самоочищении морской экосистемы от взвесей
(Остроумов, 2001а; 2003б;
2004а,б,в; Ostroumov, 2002a b; 2003), что может представлять существенную
опасность для экосистемы.
Полученные результаты подтверждают целесообразность использования
метода измерения фильтрационной активности для оценки потенциальной
экологической опасности химических веществ. В ранее опубликованной статье
высказывалось предположение, что "будут получены новые факты того, что в
условиях воздействия сублетальных концентраций поллютантов на …
фильтраторов их фильтрационная активность, изъятие ими из воды взвешенного
вещества… снизится" (Остроумов, 2002б). В данной работе при изучении
биологических
эффектов КПАВ ТДТМА получены новые результаты,
подтверждающие справедливость этого прогноза, что важно для понимания и
4
оценки состояния водных экосистем в условиях антропогенного стресса
Остроумов2001 а; Yablokov, Ostroumov, 1991).
Благодарность. Авторы благодарят М.Е.Виноградова, В.В.Малахова,
Е.А.Криксунова, Г.Е.Шульмана
за обсуждение и замечания. Поддержка
MacArthur Foundation и Open Society Foundation.
5
Таблица 1
Воздействие ТДТМА на среднюю скорость фильтрации мидий (Mytilus edulis х
M. galloprovincialis ). Каждый период времени, в течение которого измеряли
скорость фильтрации мидиями суспензии водорослей, Isochrysis galbana ,
составлял 50 мин. T0 - момент начала опыта; T1 – через 50 мин после начала
опыта; T2 – через 100 мин после начала опыта.
концентрация,
период времени
мг/л
скорость фильтрации
л/ч
+ТДТМА
-ТДТМА
% от контроля
(контроль)
0.3
T0-T1
0.645
1.620
39.82
0.3
T1-T2
0.819
1.640
49.92
1
T0-T1
0.114
1.168
9.74
1
T1-T2
0.100
1.218
8.21
5
T0-T1
0.051
1.334
3.84
5
T1-T2
0.028
1.248
2.20
6
Таблица 2. Действие некоторых ксенобиотиков (органических веществ и
смесевых препаратов) на фильтрационную активность моллюсков и изъятие
ими взвеси из воды. Методика описана в (Остроумов, 2001а).
№ ксенобиотик
Концен
трация,
мг/л
Организмы
Наличие (+) или
отсутствие (-)
ингибирующего
воздействия
ксенобиотика на
организмы
фильтраторов
Результат
Ссылки
воздействия
ксенобиотика
(отношение
концентрации
взвеси в сосуде с
ксенобиотиком к
концентрации
взвеси в
контроле),%
1.
СМС 1
(Lanza)
20
C.gigas
+
261.7
Новые
данные
2.
ЖМС 2
(Fairy)
2
M. galloprovi
ncialis,
+
218.8
Остроу
мов,
2001а
3.
ЖМС 2
(Fairy)
2
C.gigas
+
1790.0
Новые
данные
4.
СМС 2 (IXI)
10
M. galloprovi
ncialis
+
157.8
Остроу
мов,
2002а
5.
СМС 3 (Deni) 30
C.gigas
+
5800.0
Остроу
мов,
2002а
6.
TX-100
1
M.edulis
+
236.2
7.
TX-100
4
M.edulis
+
1505.6
Остроу
мов,
2001а,
2003a
8.
SDS
1
M.edulis
+
271.1
9.
SDS
4
M.edulis
+
1473.2
10. СМС 4
(OMO)
50
Unio tumidus
+
186.7
Остроу
мов,
2001а
11. гептан
2
M.galloprovin
cialis
-
эффект
воздействия на
концентрацию
взвеси не
наблюдался
Новые
данные
Остроу
мов и
др.,1997
7
Сокращения: ЖМС - жидкое моющее средство; СМС синтетическое
моющее средство; SDS додецилсульфат натрия; TX-100 Тритон Х-100.
8
Автореферат
УДК 574.6: 574.635 :574.685
ВОЗДЕЙСТВИЕ КАТИОННОГО ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНОГО ВЕЩЕСТВА НА
МИДИЙ: ИНГИБИРОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИИ ВОДЫ
Остроумов С.А.*, Виддоус Дж. (Widdows J.) **
*Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва 119992
**Plymouth Marine Laboratory, Prospect Place, West Hoe, Plymouth, PL1 3DH, England
Приведены новые экспериментальные результаты о воздействии катионного поверхностноактивного вещества (ПАВ) тетрадецилтриметиламмонийбромида (ТДТМА) на морских
двустворчатых моллюсков из природной гибридной популяции атлантических мидий (Mytilus
edulis х M. galloprovincialis). Показано, что ТДТМА в концентрации 0.3 – 5 мг/л
существенно снижает фильтрационную активность моллюсков. Обсуждается важность новых
данных для общей экологии.
abstract:
EFFECTS OF A CATIONIC SURFACTANT ON MUSSELS: INHIBITION OF WATER
FILTRATION
S.A.Ostroumov*, Widdows J. **
*Moscow 119992, Moscow State University, Faculty of Biology, Department of Hydrobiology;
**Plymouth Marine Laboratory, Prospect Place, West Hoe, Plymouth, PL1 3DH, England.
Abstract. In the paper, some new experimental results are presented on the effects of the cationic
surfactant, tetradecyltrimethylammoium bromide (TDTMA) on marine bivalves from a natural
hybrid population of Atlantic mussels (Mytilus edulis х M. galloprovincialis). ТDТМА at a
concentration range of 0.3 – 5 mg/l significantly inhibited the filtration rate of the bivalves.
Ecological importance of the new data is discussed.
9
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Айздайчер Н.А. 2000. Отношение динофитовой водоросли Gymnodinium
kovalevskii к действию синтетических детергентов и опреснению // Изв. РАН.
Сер. биол. № 5. 275-280.
Айздайчер Н.А., Малынова С.И., Христофорова Н.К. 1999. Влияние
детергентов на рост микроводорослей // Биол. моря. 25. № 3. 234-238.
Айздайчер Н.А., Реунова Ю.А. 2002. Влияние детергентов на рост
диатомовой водоросли Thalassiosira pseudonana в культуре // Биол. моря. 28, №
5. 362-365.
Алимов А. Ф. 1981. Функциональная экология пресноводных
двустворчатых моллюсков. // Тр. Зоол. ин-та АН СССР, 96.
Алимов А.Ф. 2000. Элементы теории функционирования водных
экосистем. СПб. 147 с.
Остроумов С.А. 2001а. Биологические эффекты при воздействии
поверхностно-активных веществ на организмы. М. 334 с.
Остроумов С.А. 2001б. Амфифильное вещество подавляет способность
моллюсков фильтровать воду и удалять из нее клетки фитопланктона // Изв.
РАН. Сер. биол. № 1. 108 -116.
Остроумов С.А. 2001в. Опасность двухуровневого синергизма при
синэкологическом суммировании антропогенных воздействий // Докл. РАН.
380. № 6. 847 - 849.
Остроумов С.А. 2002а . Сохранение биоразнообразия и качество воды:
роль обратных связей в экосистемах. // Докл. РАН. 382. 138-141.
Остроумов С.А. 2002б. Новый тип действия потенциально опасных
веществ: разобщители пелагиально-бентального сопряжения // Докл. РАН. 383.
№ 1. 138 – 141.
Остроумов С.А. 2003а. Некоторые подходы к системе критериев
экологической опасности антропогенных воздействий на организмы и
экосистемы // Сиб. экол. журнал. № 2. 247-253.
10
Остроумов С.А. 2003б. Действие некоторых амфифильных веществ и
смесевых препаратов на морских моллюсков // Гидробиологический журнал.
39. № 2. 103-108.
Остроумов С.А. 2004а. О биотическом самоочищении водных экосистем.
Элементы теории // Докл. РАН. 396. № 1. 136-141.
Остроумов С.А. 2004б. Элементы качественной теории биотического
самоочищения водных экосистем. Приложение теории к природоохранной
практике // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. Биология. № 1. 23-32.
Остроумов С.А. 2004в. Влияние синтетических поверхностно-активных
веществ на гидробиологические механизмы самоочищения водной среды //
Водные ресурсы . 31 . № 5.
Остроумов С.А., Донкин П., Стафф Ф. 1997. Анионное поверхностноактивное вещество ингибирует способность мидий фильтровать и очищать
морскую воду // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 16. Биология. № 3. 30-36.
Остроумов С.А., Вальц Н., Руше Р. 2003. Воздействие катионного
амфифильного вещества на коловраток // Докл. РАН. 390. № 3. 423-426.
Остроумов С.А., Максимов В.Н. 1988. Деградация водорослей при
загрязнении водной среды ПАВ этонием // Экология. № 6. 57-58.
Тюрин А.Н. 1994. Действие ионов металлов и детергентов на развитие
хитонов. Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Владивосток. ИМБ ДВО РАН. 22с.
Уотербери Дж., Остроумов С.А. 1994. Действие неионогенного
поверхностно-активного вещества на цианобактерии // Микробиология. 63. №
2. 259-262.
Фишер Н., Маертц-Уэнте М., Остроумов С.А. 1996. Воздействие ПАВ на
морские диатомовые водоросли // Изв. РАН.Сер. биол. № 1. 91-95.
Христофорова Н.К., Айздайчер Н.А., Березовская О.Ю. 1996. Действие
ионов меди и детергента на зеленые микроводоросли Dunaliella tertiolecta и
Platymonas sp. // Биология моря. 22. № 2. 114-119.
11
Dame R., Bushek D., Prins T. 2001. Benthic suspension feeders as determinants
of ecosystem structure and function in shallow coastal waters // Ecol. Studies. 151.
11-37.
Donkin P., Widdows J., Evans S.V., Staff F., Yan T. 1997. Effect of neurotoxic
pesticides on the feeding rate of marine mussel (Mytilus edulis) // Pestic. Sci. 49. 196209.
Ostroumov S.A. 1998. Biological filtering and ecological machinery for selfpurification and bioremediation in aquatic ecosystems: towards a holistic view //
Rivista di Biologia/Biology Forum. 91. 221-232
Ostroumov S.A. 2002a. Inhibitory analysis of top-down control: new keys to
studying eutrophication, algal blooms, and water self-purification // Hydrobiologia.
469. 117-129.
Ostroumov S.A. 2002b. Polyfunctional role of biodiversity in processes leading
to water purification: current conceptualizations and concluding remarks //
Hydrobiologia. 469. 203-204.
Ostroumov S. A. 2003. Studying effects of some surfactants and detergents on
filter-feeding bivalves // Hydrobiologia. 500. 341-344.
Widdows J., Page D.S. 1993. Effects of tributyltin and dibutyltin on the
physiological energetics of the mussel, Mytilus edulis // Mar. Environ. Res. 35. 233249.
Yablokov A.V., Ostroumov S.A. 1991. Conservation of Living Nature and
Resources: Problems, Trends and Prospects. New-York . 271 p.
12