Биология моря, 2021, T. 47, № 5, стр. 324-331

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Районы работ находились в прибрежных водах Приморья: в зал. Петра Великого – б. Постовая (зал. Посьета), а также акватория южнее о-ва Рейнеке (Амурский залив) и за его пределами – б. Киевка (рис. 1). Материал собирали у о-ва Рейнеке в апреле 2010 г., в б. Постовая – в мае 2011 г. и в б. Киевка – в августе 2018 г. (табл. 1).

Рис. 1.

Карта-схема отбора проб.

Мелководная б. Киевка открыта с южной стороны, находится под влиянием довольно крупной реки и относится к типу бухт со свободным водообменом и с существенным береговым стоком (Зуенко, Рачков, 2003). Бухта практически не подвержена антропогенному загрязнению, ее можно рассматривать как фоновый район для сравнительной оценки экологических условий (Галышева и др., 2008). Установленные для б. Киевка фоновые концентрации Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Cd и Ni в выборке бурой водоросли Sargassum pallidum в 1995−2008 гг. (Чернова, 2012) могут служить основой для химико-экологической оценки акваторий. Однако в водосборном бассейне реки, определяющем химический состав вод бухты, ведется промышленная рубка леса с использованием бензинового и дизельного топлива для машин и спецоборудования, что может влиять на концентрацию металлов в тканях гидробионтов.

Б. Постовая относится к внутренним бухтам зал. Посьета (зал. Петра Великого). Это небольшая мелководная бухта открытого типа; ее площадь около 5 тыс. м², а средняя глубина 3.6 м (Григорьева, Кучерявенко, 1995). На берегах бухты расположен пос. Посьет, где действует крупное предприятие АО “Торговый порт Посьет”, которое занимается перевалкой угля. В 2007 г. в связи с расширением масштабов деятельности предприятие приступило к работам по реконструкции, отсыпке, дноуглублению и строительству причалов. Сточные воды от пос. Посьет, поступающие в воды бухты, имеют категорию “недостаточно очищенные”, в их составе обнаружены тяжелые металлы Al, Fe, Zn, Cu, Pb, Ni, Cr и Cd (общая масса 0.117 т/год) (Нигматулина, Черняев, 2015).

О-в Рейнеке находится в южной части Амурского залива и не подвержен непосредственному влиянию материкового стока. Акватория о-ва Рейнеке считается фоновым районом по содержанию тяжелых металлов в морских осадках и гидробионтах.

Разновозрастных (2 и 3 года жизни) промысловых асцидий Halocynthia aurantium собирали легководолазным способом на глубине 15–20 м. В б. Постовая асцидии были собраны до начала работ по реконструкции порта Посьет. Каждая выборка состояла из 10 особей одного возраста. Возраст определяли по высоте и массе тела особи. Ранее в ходе наблюдений за ростом асцидий на плантациях марикультуры в б. Миноносок (зал. Петра Великого) на основе этих показателей были выделены 4 группы животных, относящиеся к поколениям разных лет (Косьяненко, Раков, 2007). В нашем исследовании размерные и весовые характеристики H. aurantium соответствовали двух- и трехлетним особям: масса тела двухлетних особей варьировала от 23 до 200 г, высота тела – от 40 до 90 мм; трехлетних особей − соответственно от 200 до 450 г и от 90 до 150 мм.

Для анализа микроэлементного состава гидробионтов использовали ткани туники (T), мантии (M), желудка (S), пищеварительной железы (Dg) и гонад (G).

Пробоподготовку и анализ тяжелых металлов в тканях проводили в Лаборатории морской экотоксикологии Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН. Металлы Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Pb и Cd в тканях H. aurantium определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре “Shimadzu” АА-6800. Атомизатором служила графитовая кювета, корректор фона – дейтериевая лампа (Никаноров и др., 1985). Для подготовки образцов тканей к атомно-абсорбционному определению тяжелых металлов использовали метод мокрой кислотной минерализации: образцы тканей сушили до постоянной массы (полное удаление влаги) при температуре 85°C. Затем навеску ткани (0.2–1.0 г) в стеклоуглеродном стакане минерализовали смесью кислот 16 М HNO₃ и 11.3 М НСlO₄ (соотношение по объему 3 : 1). Пробы выдерживали при комнатной температуре в течение 24 ч. Дальнейшую минерализацию проводили при температуре 90°C до тех пор, пока раствор не становился прозрачным, затем смесь кислот выпаривали до объема 2.0–2.5 мл и бидистиллированной водой доводили до 25 мл (Никаноров и др., 1985).

Статистическую обработку данных проводили в программе Microsoft Excel.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В мантии особей Halocynthia aurantium, обитавших у о-ва Рейнеке (табл. 2), концентрации металлов в порядке убывания располагались следующим образом: у двухлетних особей – Zn > Fe > > Mn > Cu > Ni > Pb > Cd, у трехлетних – Zn > Fe > > Mn > Cu > Ni > Cd > Pb. Тенденция с преобладанием биофильных элементов в ряду убывания их концентраций наблюдалась и для туники асцидии: у двухлетних особей Mn > Zn ≥ Fe > Cu > > Ni > Cd > Pb, у трехлетних – Mn > Fe ≥ Zn > Cu > > Ni > Cd = Pb. По уровню содержания в тунике Mn занимал первое место. В целом наибольшее содержание Fe, Mn и Cu отмечено в тунике, а Zn, Ni, Pb и Cd – в мантии. Различия между выборками достоверны по t-критерию Стьюдента (p ≤ 0.05) у двухлетних особей для Fe, Mn, Zn и Ni, а у трехлетних – для Fe, Mn, Zn, Ni и Cd (различия анализировали для туники и мантии животных каждой возрастной группы).

У асцидий обеих возрастных групп, отобранных в б. Постовая (табл. 3), во всех органах и тканях, за исключением туники, наибольшие значения средних концентраций отмечены для Fe и Zn. В тунике у обеих возрастных групп асцидий по количеству после Fe располагался марганец: Fe >  Mn > Zn > Cu > Pb = Ni > Cd. В тканях остальных органов концентрации металлов распределялись следующим образом: гонады у двухлетних – Fe > Zn > Mn > Cu > Pb > Ni > Cd, у трехлетних – Fe > Zn > Mn > Cu > Ni > Pb > Cd; пищеварительная железа у двухлетних – Fe > Zn > Mn > > Cu > Ni >  Pb = Cd, у трехлетних – Fe > Zn > Mn > > Cu > Pb >  Ni > Cd. Интересны возрастные различия по содержанию металлов в тканях мантии и желудка. В отличие от двухлетних особей, у которых ряд концентраций начинался с железа, у трехлетних асцидий он начинался с цинка: мантия у двухлетних – Fe > Zn > Mn > Cu > Pb > Ni > Cd, у трехлетних – Zn > Fe > Mn > Cu > Ni > Pb > Cd; желудок у двухлетних – Fe > Zn > Cu > Mn > Ni > Pb > Cd и у трехлетних – Zn > Fe > Cu > Mn > Pb > Ni > Cd.

В органах и тканях H. aurantium из б. Киевка (табл. 4), как и у асцидий из зал. Петра Великого, отмечено преобладание Fe и Zn: гонады – Zn > Fe > > Mn > Pb > Cu > Ni > Cd; туника – Fe > Mn > Zn > > Cu > Pb = Ni > Cd; пищеварительная железа – Fe > Zn > Mn > Cu > Pb > Ni > Cd; мантия – Zn > > Fe > Pb > Mn > Cu > Ni > Cd; желудок – Fe > Zn > > Mn > Pb > Cu > Ni > Cd.

Средние концентрации металлов в органах и тканях асцидий распределялись неравномерно. Согласно рядам убывания концентраций металлов, полученным для разных органов H. aurantium из акватории б. Постовая, у двухлетних особей максимальные концентрации Fe, Ni и Pb были характерны для гонад, Mn и Cd – для туники, Zn и Cu – для желудка. У трехлетних особей в пищеварительной железе отмечены высокие концентрации Fe, Zn и Pb, в тунике – Mn и Cu, Cd – в тканях желудка, а Ni – в мантии и гонадах (табл. 5). Различия достоверны при р ≤ 0.05.

Отмечено сходство в уровнях содержания биофильных Zn, Mn и Cu в органах и тканях H. aurantium обеих возрастных групп из б. Постовая (табл. 3). У двух- и трехлетних асцидий из б. Постовая содержание Zn в пищеварительной железе и желудке было выше (р ≤ 0.05), чем в других органах. Концентрация Mn была выше в тунике (р ≤ 0.05), а Cu – в гонадах и желудке (р ≤ 0.05). У особей разного возраста значимо различались концентрации Fe (р ≤ 0.05) и Pb (р ≤ 0.05).

В органах и тканях асцидий из б. Киевка концентрации Fe, Cu, Mn и Zn достоверно различались (р ≤ 0.05). При этом максимальные концентрации Fe, Cu, Ni и Cd в органах асцидий из этого местообитания были выявлены в пищеварительной железе, Mn – в тунике, Zn и Pb – в гонадах и тканях желудка (табл. 4, 5).

ОБСУЖДЕНИЕ

Ранжирование элементов Fe, Mn, Cu, Zn, Ni, Pb и Cd по количеству в органах и тканях Halocynthia aurantium свидетельствует о вариабельности их концентраций и отражает индивидуальные и биологические особенности регуляции элементов в тканях асцидии в ответ на воздействие комплекса экологических факторов среды обитания и физиологическое состояние животных (процессы роста, подготовка к размножению и т.д.).

Сопоставление рядов убывания средних концентраций металлов в органах асцидий показало, что железо по уровню содержания в большинстве тканей обычно занимало первое место. Но в ряде случаев по уровню средней концентрации преобладал цинк: в мантии и тканях желудка асцидий из б. Постовая и в гонадах животных из б. Киевка. Преобладание железа и цинка − важнейших элементов, участвующих в обмене веществ, установлено для многих живых организмов. Эти элементы входят в состав биомолекул, играют важную роль в реакциях переноса электронов и участвуют в контроле внутриклеточных процессов. Железо – это компонент крови асцидий, оно входит в состав гематоцитов, в частности, морулярных клеток. Установлено, что для специфических включений этих клеток характерно наличие независимых маркеров, к которым относится и связанное железо (Чага, 1983). Медь также является одним из наиболее распространенных эссенциальных микроэлементов, но по уровню концентрации в тканях асцидии H. aurantium она располагалась на четвертом месте после марганца. Подобный порядок распределения элементов (Fe, Mn > Zn > Cu) показан ранее для туники и мантии других видов асцидий, обитающих в зал. Петра Великого (Жадько и др., 2017, 2020). Завершали ряды концентраций Ni, а также элементы с выраженными токсичными свойствами – Pb и Cd.

В асцидиях концентрируются высокие уровни переходных металлов, однако причина этого не до конца понятна (Wright et al., 2008). Известно, что элементный состав органов и тканей живых организмов динамичен, тесно связан с процессом метаболизма, зависит от физиологических функций тех или иных органов и тканей, определяется наличием и соотношением в тканях органических лигандов, связывающих металлы (Саенко, 1992; Нотова и др., 2020).

Результаты настоящей работы показали преобладание Mn в тканях туники H. aurantium всех возрастных групп из разных районов. Марганец в организме связывается с липидами, белками и полисахаридами клетки. Туника асцидий представляет собой целлюлозо-полисахаридную ткань, обеспечивающую связывание ионов металлов, в том числе марганца. Молекулярная основа многих металлозависимых биохимических процессов до сих пор не ясна, несмотря на длительную историю исследований в этой области (Smith, Denhel, 1970; Williams, 2001).

В организме асцидий марганец может быть связан не только с полисахаридами туники, но и с белками крови. Туника асцидии пронизана кровеносными сосудами, а известно, что присутствующий в живых организмах в разных химических формах Mn может связываться с белками крови. Например, в сыворотке крови млекопитающих Mn преимущественно связан с соединениями с высокой молекулярной массой, и при его избытке в сыворотке крови млекопитающих повышается уровень низкомолекулярных лигандов (Нотова и др., 2020). В крови асцидий содержатся белки с разной молекулярной массой. Основным типом гемоцитов у асцидий (60–80% от общего числа клеток крови) являются морулярные клетки, включающие большое количество вакуолей. Известно, что эти клетки играют значительную роль в образовании туники (Чага, 1983; Шапошникова, 2000). Однако в литературе прямая информация, подтверждающая зависимость связывания Mn с высоко- или низкомолекулярными белками крови асцидий, отсутствует.

Результаты настоящей работы согласуются с данными по содержанию Mn в плотной тунике H. aurantium и Boltenia echinata (Жадько и др., 2020). Тем не менее в обитающих в зал. Петра Великого асцидиях Styela clava и Ciona intestinalis преобладание Mn в тунике не установлено (Жадько и др., 2017). Более высокое, чем в других тканях, содержание Mn в тунике асцидий показано также для Microcosmus exasperatus из Средиземного и Красного морей (Tzafriri-Milo et al., 2019) и для этого же вида, обитающего в загрязненных водах расположенного на юге Бразилии порта Паранагуа (Metri et al., 2019).

В гонадах H. aurantium, собранных в мае в б. Постовая, отмечены более высокие концентрации Fe и Cu, чем в репродуктивных органах асцидий из б. Киевка, собранных в августе. Возможно, это обусловлено сезонными отличиями, в частности, развитием гонад в условиях накопления или истощения материальных и энергетических запасов клеток, подверженных изменениям. В течение года в половых железах H. aurantium несколько раз происходит последовательное созревание половых продуктов − ооцитов или спермиев. В июне размер зрелых ооцитов H. aurantium достигает максимума и составляет 274 мкм (Матросова, Лескова, 2016).

Тестальные клетки – один из типов клеток асцидий, содержащих железо, который не обнаружен у других животных. Они транспортируют в ооциты вещества, необходимые для их созревания, и, вероятно, отвечают за формирование туники в личиночный период (Шапошникова, 2000). Возможно, железо играет значительную роль в окислительно-восстановительных процессах не только на ранней стадии онтогенеза, но и при созревании половых клеток, что отражается на уровне его концентрации в гонадах асцидий.

К необходимым элементам репродуктивной системы гидробионтов относятся также Zn и Cu. Наибольшие концентрации этих металлов характерны для стадии максимальной зрелости гонад (Христофорова и др., 1994; Чернова, 2010; Tzafriri-Milo, 2019). При этом известно, что цинк в высоких концентрациях представляет собой значительный фактор риска для физиологии размножения асцидий (Gallo et al., 2011). Согласно полученным данным, в мае концентрация Zn в гонадах H. aurantium из б. Постовая была ниже, чем в других органах, но находилась на уровне средних значений концентрации Zn, установленных для асцидий.

Преобладание биофильных элементов в желудке и пищеварительной железе H. aurantium из б. Постовая по сравнению с их содержанием в других органах отражает пути поступления и выведения металлов из организма.

Неравномерное распределение элементов с выраженными токсичными свойствами (Ni, Pb, Cd) в органах H. aurantium зависит от физиологических процессов связывания и выведения металлов из организма, приводящих к вариабельности этих элементов на уровне отдельного животного и популяции в целом.

На примере моллюсков показано, что химический состав тела гидробионтов формируется благодаря обмену веществ, сложившемуся в процессе эволюции биосферы, а уровень содержания элементов связан с условиями обитания и с геохимическими особенностями субстрата (Ковековдова, 2011).

Полученные результаты показали, что концентрации Fe, Mn и Zn в тканях H. aurantium из прибрежных акваторий Японского моря находились в пределах установленных значений для асцидий разных видов из других районов Мирового океана (Aydin-Önen, 2016; Metri et al., 2019; Tzafriri-Milo et al., 2019). Содержание Cu и Ni было ближе к нижним границам известных диапазонов концентраций данных элементов. Содержание Pb у асцидий из акваторий о-ва Рейнеке и б. Постовая было сопоставимо с величиной, характерной для нижних границ диапазонов концентраций. В тканях H. aurantium из б. Киевка концентрация Pb, наоборот, больше соответствовала верхней границе.

Таким образом, в распределении металлов по органам и тканям H. aurantium преобладали биологически значимые Fe, Mn, Zn и Cu. Максимальными концентрации элементов-биофилов были в органах, отражающих пути поступления элементов в организм (желудок), а также отвечающих за метаболизм (пищеварительная железа) и репродуктивную функцию (гонады). Максимальное содержание Mn определено в тунике − органе, богатом биологически активными веществами. Отмечено неравномерное распределение концентраций Ni, Pb и Cd по тканям двух- и трехлетних асцидий. Асцидии из б. Киевка характеризовались наиболее высоким содержанием Pb в тканях по сравнению с его концентрацией в H. aurantium из других исследованных районов. Концентрации Fe, Mn, Zn, Cu, Pb и Cd в органах и тканях H. aurantium из исследованных акваторий были сопоставимы с содержанием этих элементов в асцидиях из зал. Петра Великого (Японское море) и других районов Мирового океана. Для установления закономерностей распределения химических элементов по органам и тканям H. aurantium необходимы долговременные наблюдения, которые позволят выявить как общие тенденции, так и характерные видовые особенности содержания элементов в органах животных данного вида. Полученные результаты демонстрируют различия в концентрации токсичных элементов в H. aurantium из разных районов, что необходимо учитывать при организации хозяйств марикультуры. Данные об уровнях концентраций металлов в органах и тканях H. aurantium позволяют рекомендовать этот вид для использования в качестве биоиндикатора.