Успехи современной биологии, 2021, T. 141, № 5, стр. 508-520

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия антропогенное загрязнение все интенсивнее затрагивает природные экосистемы. Подавляющее большинство аналитических работ в этой области посвящены накоплению и циркуляции различных тяжелых металлов в экосистемах, и на порядок меньше исследований – по антропогенным загрязнителям органического происхождения. К настоящему моменту техногенная органика уже проникла даже в самые изолированные уголки планеты. Огромные объемы пластика обнаружены на вершинах неприступных гор, в глубоководных впадинах океана и в не заселенных человеком территориях (Eriksen et al., 2014; Jambeck et al., 2015; Bergmann et al., 2015, 2019; Morgana et al., 2018; Ostle et al., 2019; Shahnawaz et al., 2019; Microplastics …, 2020; Streit-Bianchi et al., 2020; Zantis et al., 2021). Сельскохозяйственные земли оказались наиболее широко загрязнены микропластиком по всему миру, но точные уровни его концентраций и особенности распределения в экосистемах неизвестны, и реальное экологическое значение подобного загрязнения до сих пор не оценено (Piehl et al., 2019). Пластик может выступать в качестве источника загрязнения самыми разнообразными соединениями, но в последнее время пристальное внимание уделяется веществам, разрушающим эндокринную систему – от бисфенола А, обладающего ярко выраженным эстрогенным эффектом, до различных фталатов, снижающих уровень тестостерона в организме (Teuten et al., 2009; Fred-Ahmadu et al., 2020).

Фталаты представляют собой обширную группу химических соединений – смесь продуктов деградации искусственных полимерных материалов, которые нередко доминируют в объемах загрязняющих веществ в природных водах (Gunaalan et al., 2020). Одним из обычных компонентов микропластика является дибутилфталат – эфир фталевой кислоты и пластификатор, образующийся в процессе постепенного разложения отходов и легко мигрирующий в окружающую среду, а высокая температура еще больше ускоряет высвобождение этого вещества из фрагментов пластика (Benjamin et al., 2015; Ye et al., 2020). Дибутилфталат входит в список веществ, использование и уровень безопасного потребления которых регламентируется в европейских официальных документах (Silano et al., 2019). Особую опасность фталаты представляют при постоянном поступлении, поскольку они достаточно быстро трансформируются и выводятся из организма млекопитающего. У человека дибутилфталат выводится в течение 48 ч (Frederiksen et al., 2007).

В абиотических условиях период полураспада дибутилфталата посредством водного гидролиза составляет 22 года, под действием атмосферного фотоокисления – до 6 дней, а при биологической деградации скорость распада этого фталата ускоряется: полное биоразложение в морских осадках происходит в течение двух месяцев (Staples et al., 1997). Пластиковые отходы на стадии биодеградации являются перманентным источником фталатов и поддерживают их циркуляцию в биосфере. Таким образом, создается псевдоустойчивость фталатов, что может привести к хроническому загрязнению экосистем и отразиться на состоянии здоровья диких животных (Hart et al., 2016).

После попадания в почву фталаты легко проникают в растения, постепенно перемещаясь из корней в листья (Sun et al., 2015). Ингибируя метаболизм питательных веществ, эти поллютанты изменяют химический состав всего растения, что выражается в снижении концентрации белка и других компонентов (Li et al., 2006). Наличие токсичных фталатов в эфирном масле различных трав отмечалось неоднократно, в частности, у видов рода Artemisia L. (Azimova, Glushenkova, 2012), поэтому, несмотря на то, что их наличие в растении, в том числе в маслах, связывали преимущественно с техногенным загрязнением (Graham, 1973; Schmidt, Wanner, 2016; Adams, 2017), были предположения и об эндогенном происхождении фталатов. В последнее время появились работы, подтверждающие возможность эндогенного синтезирования фталатов в растениях, грибах и микроорганизмах (Шафикова и др., 2019; Tian et al., 2016). Тем не менее, вне зависимости от источника происхождения, фталаты в составе растительных кормов поступают с пищей в организм консументов, могут негативно воздействовать на эндокринную систему и выступать в качестве триггеров мутагенеза (Sharma, Kaur, 2020).

По имеющимся медицинским исследованиям известно, что дибутилфталат, как и многие другие фталаты, может оказывать разрушающее воздействие на гормональную и репродуктивную системы организма и выступать одной из причин бесплодия млекопитающих (Fisher et al., 2004; Matsumoto et al., 2008; Huang et al., 2009; Veeramachaneni, Klinefelter, 2014; Jeddi et al., 2016; Lyche, 2017; Silano et al., 2019; Roth et al., 2020). Экспериментально доказано гепаторазрушающее действие фталатов, проявляющееся в провоцировании воспалительных процессов, нарушении структуры клеток и истощении антиоксидантной ферментной защиты (Radha, Mahaboob Basha, 2020). Дибутилфталат выводится из организма млекопитающего через мочу и помет, поэтому химический анализ выделений позволяет судить о поступлении этого соединения с пищей (Frederiksen et al., 2007; Guo et al., 2011; Hart et al., 2016; Tao et al., 2021).

Цель исследования – проведение скрининга растений и помета травоядных млекопитающих на наличие широко распространенного экологически опасного соединения – дибутилфталата (С₁₆H₂₂O₄) с оценкой его экологического значения на степных пастбищах.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Сбор кормовых растений и помета травоядных проводили в октябре 2018 и в мае 2019 г. на разных участках экспериментальных вольеров в ассоциации “Живая природа степи” (Орловский район, Ростовская область) и в северной части буферной зоны заповедника “Черные земли” (Республика Калмыкия). Растения собирали в бумажные пакеты, высушивали в тени при комнатной температуре. Сборный образец по каждому виду растений составлял не менее 150 г сухой массы. Свежий помет, собранный в поле, высушивали при температуре 35–40°С в лаборатории в чашках Петри, с периодическим его перемешиванием. Сборный образец помета от нескольких особей одного вида травоядных составлял не менее 50 г сухой массы. На наличие фталатов протестировано 29 видов наиболее часто встречающихся представителей кормового разнотравья: Artemisia austriaca Jacq., A. arenaria DC., A. santonica L. (syn. A. caerulescens L.), A. lerchiana Weber.ex Stechm., A. pauciflora Weber.ex Stechm., Ephedra distachya L., Anabasis aphylla L., Salicornia europaea L. (syn. S. fruticosa L., S. herbacea Fée ex Ung.-Sternb.), Salsola soda L., Bassia sedoides (Pall.) Aschers (syn. Sedobassia sedoides (Pall.) Freitag & G. Kadereit), Atriplex aucheri Moq., Limonium gmelinii (Willd.) O. Kuntze, Galatella villosa (L.) Reichenb., G. tatarica (Less.) Novopokr. (syn. G. sedifolia subsp. dracunculoides (Lam.) Greuter), Kochia prostrata (L.) Schrad. (syn. Bassia prostrata subsp. prostrata A. J. Scott.), Suaeda salsa (L.) Pall., Pastinaca clausii (Lebed.) Calest., Chaerophyllum prescottii DC., Trinia multicaulis (Poir.) Schischk., Prangos odontalgica (Pall.) Herrnst.&Heyn., Achillea millefolium L., Tanacetum achilleifolium (Bieb.) Sch. Bib, Tripleurospermum perforatum (Merat.) M. Lainz (syn. Tripleurospermum inodorum (L.) Sch.-Bip.), Lepidium latifolium L., L. perfoliatum L., Verbascum phoeniceum L., Falcaria vulgaris Bernh., Tulipa gesneriana L., Phlomis pungens Willd. (syn. Phlomis herba-venti subsp. pungens (Willd.) Maire ex DeFilipps). Латинские названия растений приведены по принятым руководствам (Бакташева, 2012; Czerepanov, 2007) и по сайту https://www.catalogueoflife.org. На присутствие фталатов проанализирован помет сайгака (Saiga tatarica L., 1766), бизона (Bison bonasus L., 1758), лошади Пржевальского (Equus ferus Boddaert, 1785) и двугорбого верблюда (Camelus ferus Przewalskii, 1878), свободно пасущихся на пастбищах.

Образцы растений подготавливали методом дробной мацерации при комнатной температуре. Помет анализировали без какой-либо подготовки, только измельчали и помещали в виалы объемом 15 мл (виалу заполняли на 2/3 объема).

Анализируемое сырье заливали пентаном поэтапно. Время экстракции семь суток. Из них в течение четырех суток материал экстрагировали с трехкратным объемом экстрагента. Далее сырье прессовали и в течение двух суток проводили экстракцию с однократным объемом чистого экстрагента. Завершающий этап – экстракция в течение суток оставшимся объемом экстрагента.

Определение фталатов в растениях выполняли на хромато-масс-спектрометре “Agilent 5975C-7890A” (США) с использованием автоматического пробоотборника для жидких образцов (Agilent 7683). Применяли 3-метровую кварцевую колонку HP-5 с внутренним диаметром 0.25 мм. В качестве газа использован гелий с постоянным потоком 1.1 мл/мин. Начальный изотермический участок колонки 50°С. Подъем температуры в колонке со скоростью 4°С/мин до 200°С и при скорости 10 – до 220°С.

Анализ помета выполнен на том же хромато-масс-спектрометре с использованием парофазного пробоотборника HeadSpace Sampler G 1888. Температура термостата пробоотборника 100°С. Время выдержки образца в термостате 7 мин. Температура испарителя 280°С. Использована та же колонка, что и при определении образцов растений. Содержание фталатов указано в % от общего содержания (доля площади пика фталатов от суммарной площади пиков других соединений на хроматограмме).

Идентификацию фталатов проводили с использованием базы данных масс-спектральной библиотеки NIST05a.L и значений линейных индексов удерживания с помощью программы AMDIS (Ткачев, 2008; D’Arcy, Mallard, 2004; NIST Chemistry Web Book, 2018).

РЕЗУЛЬТАТЫ

При скрининге дибутилфталат обнаружен в химическом составе семи видов разнотравья (24% от общего числа проанализированных видов) (табл. 1). Общее количество идентифицированных соединений с помощью хромато-масс-спектрометра в каждом виде трав может достигать сотни соединений, но большинство из них имеют крайне низкую концентрацию (доли от процента). Компоненты химического состава, содержание которых превышает 1%, можно рассматривать как основу химического состава растений в проанализированной пробе. Дибутилфталат занимает существенную долю в видовом химическом профиле у исследованных трав (табл. 1). Особенно значительна концентрация дибутилфталата в представителях семейства Amaranthaceae. У солероса (Salicornia europaea L.) дибутилфталат имеет наибольшую концентрацию среди всех идентифицируемых соединений, что показывает важную роль этого соединения в метаболизме суккулента. Кроме того, у солероса выделен и диизобутилфталат (0.7%).

При химическом анализе помета дибутилфталат был выделен только из образцов от сайгака в концентрации, показывающей значительную долю поступления этого соединения с кормом. В образцах помета других травоядных дибутилфталат не обнаружен.

ОБСУЖДЕНИЕ

До настоящего исследования анализ кормовых растительных ресурсов в степной зоне России на наличие фталатов не проводился, поэтому представленные данные – первые предварительные оценки по встречаемости этих соединений в природной флоре региона. Высокую концентрацию дибутилфталата в растениях вряд ли можно рассматривать только с точки зрения его эндогенного синтезирования в виду его высокой концентрации в химическом профиле трав, поэтому наиболее вероятный источник растительных фталатов – продукты химической и микробиологической трансформации пластиковых отходов в окружающей среде.

Фталаты в пищевых растениях обычно не встречаются, или их концентрация очень низка (Fierens et al., 2017). Но некоторые растения проявляют способность их аккумулировать. В частности, у видов из семейства Amaranthaceae содержание дибутилфталата может достигать крайне высоких значений – у Atriplex cana Lebed. до 22% от общей суммы вторичных метаболитов в эфирном масле (Wei et al., 2019). Солерос (Salicornia europaea L.) неоднократно указывался как концентратор дибутилфталата (Wang et al., 2013b; Samuel et al., 2018). У Chenopodium album L. была выявлена незначительная концентрация дибутилфталата (Khomarlou et al., 2018).

Растения не просто накапливают диэфиры фталатов, но и трансформируют их с использованием особых ферментов до моноэфиров. Уровень поглощения фталатов растениями может быть связан с интенсивностью липидного обмена. Корни с повышенным содержанием липидов способны накапливать эти гидрофобные соединения (Sun et al., 2015).

Наиболее высокая концентрация дибутилфталата нами отмечена в солянках, что легко объяснимо благодаря более быстрому проникновению органического поллютанта через жидкие среды, чем через почву. Произрастание солянок, как правило, приурочено к берегам водоемов и биотопам с избыточным увлажнением. Максимальная концентрация дибутилфталата зарегистрирована нами в солеросе (Salicornia europaea L.), который является однолетником. Анализ концентрации фталатов в солянках, в случае контаминации среды растворимыми формами этих соединений, вероятно будет отражать общее состояние загрязнения локального биотопа в текущий вегетационный сезон.

Значительные территории Западного Прикаспия в течение десятилетий подвергались искусственному орошению. Чем длительнее было орошение, тем интенсивнее и масштабнее происходили процессы соленакопления в почвах (Бананова, 1990; Геннадиев и др., 1993; Петров, 1996). На территории Калмыкии в настоящее время широко распространены разные типы почв с повышенной концентрацией солей (Калинин и др., 2018). Смена физико-химического профиля почв в сторону большей солености, естественно, стала сопровождаться увеличением площадей растительных сообществ засоленных территорий (Бананова, 1990), которые имеют значение в качестве кормового ресурса в основном только для сайгака.

Экспериментально доказано, что разложение микропластика и выделение фталатов в среду зависит от pH раствора. Вымывание фталатов из микропластика в солевых растворах выше, чем в пресной и даже морской воде (Luo et al., 2019; Gunaalan et al., 2020). Обычно фталаты с более высокой молекулярной массой обладают меньшей растворимостью в воде, но это – относительно и зависит от многих параметров среды: температуры, давления и пр. (Staples et al., 1997). Таким образом, выделение фталатов из пластика будет сильно зависеть от сезона года и состава среды, в которой локализованы отходы. Дибутилфталат как фталат с низкомолекулярной массой в 3700 раз лучше растворяется воде, чем диэтилгексилфталат, а моноэфиры этих фталатов растворяются в воде еще на порядок лучше (Sun et al., 2015). Поэтому территории c засоленными почвами могут представлять собой потенциальные источники загрязнения – естественные резервуары с интенсивными процессами биохимической деструкции пластика и циркуляцией фталатов. Кроме того, на частицах микропластика адсорбируются тяжелые металлы, что еще в большей степени может усиливать токсичность органических отходов (Xu et al., 2020). У домашних копытных резкое увеличение в содержимом рубца концентрации тяжелых металлов происходит сразу после поступления значительного количества микропластика вместе с кормом (Mahadappa et al., 2020).

Суккулентные галофиты аккумулируют в своих тканях большое количество солевых растворов как средство сохранения влаги в растении. Все галофиты по степени их солеустойчивости подразделяют на несколько категорий (Акжигитова, 1982). Солерос (S. europaea L.) относится к гипергалофитам – группе, наиболее устойчивой к избыточному составу солей в почве, поэтому он обильно произрастает на солончаках и по берегам водоемов. Способность накапливать растворы солей объясняет наиболее высокую концентрацию фталатов в этом растении. Разные виды родов Salsola L. и Limonium Mill. относятся к группам эугалофитов и гемигалофитов, произрастающих на менее засоленных почвах (Акжигитова, 1982), и, соответственно, вероятность поступления фталатов в них ниже, что и подтверждается нашими анализами. Высокое содержание влаги в тканях Lepidium perfoliatum L., по сравнению с другими представителями степного разнотравья (Колпиков, 1955), также легко объясняет нахождение водорастворимых фталатов именно у этого весеннего эфемера и их отсутствие у других кормовых растений. В последние годы культура Lepidium sativum L. применяется в качестве модельного тест-объекта при токсикологической оценке сред на загрязнение микропластиком и фталатами (Balestri et al., 2019; Pignattelli et al., 2020).

Большинство галофитов имеют мощную корневую систему, превышающую по биомассе надземные части растения (Базилевич, Титлянова, 2008), и наиболее полно охватывающие верхние слои почвы, а у некоторых видов стержневые корни проникают в зону капиллярной каймы засоленных грунтовых вод (Коровин, 1961). Таким образом, водорастворимые поллютанты могут легко проникать в растения. Вследствие этого, антропогенное загрязнение территорий, в том числе фталатами, важно учитывать при развитии системы галофитного растениеводства, кормопроизводства и фитомелиорации, а также при разработке мероприятий по ирригации территорий солеными водами (Шамсутдинов З., Шамсутдинов Н., 2005; Шамсутдинов и др., 2017).

Распространение и запасы кормовых растений, в которых обнаружены фталаты, определяются не только площадью засоленных почв. Общее проективное покрытие видов из родов Salsola L. и Lepidium L. зависит от мозаичности растительного покрова. В годы массового размножения грызунов, эти растения увеличивают свою биомассу, так как участвуют в формировании растительных сообществ, покрывающих бутаны сусликов и других землероев (Лавренко, 1952; Левина, 1964). Эти галофильные растения обильно произрастают в местах проседания бутанов после размывания осадками. При высокой численности грызунов площадь, занятая бутанами, составляет 1–2%, но локально может достигать 10% от общей площади полупустынных территорий Прикаспийской низменности (Левина, 1964). Соответственно, в эти годы увеличивается естественная продуктивность указанных галофитов на пастбищах. При изучении динамики урожайности растений на аридных пастбищах было показано, что многие эфемеры, в частности солянки, имеют очень сильные межгодовые колебания биомассы на пастбище (Нечаева, 1980). В итоге запасы кормовых видов солянок могут определять динамику численности и стимулировать начало миграций у травоядных животных, связанных с этими растениями.

Растения-концентраторы фталатов – это рудеральные и малопоедаемые виды, которые избегают потреблять домашние копытные, но активно использует сайгак. Phlomis pungens, Limonium gmelinii, Salicornia europaea, Lepidium latifolium, Salsola soda, Anabasis aphylla не поедаются скотом, и эти растения лишь изредка едят верблюды (Ларин и др., 1951, 1956). Наблюдаемые случаи поедания этих растений домашними копытными объясняются во многом содержанием в них значительного количества протеина и отсутствием возможности выбора других кормов на пастбище, поэтому вышеуказанные растения составляют часть кормовой базы преимущественно в осенне-зимний период (Курочкина и др., 1986). Кроме того, в зимний период солянки (Salsola, Salicornia и Anabasis), содержащие алкалоиды (Растительные ресурсы …, 2008), теряют или снижают свою токсичность. Чаще всего поедание солянок скотом и овцами отмечено после заморозков, что дополнительно связывают с вымыванием солей из естественных кормов после обильных осенних осадков (Якубов, 1955; Унчиев, 1960). Солянки – часто вынужденный корм, поэтому овцы, лошади и крупный рогатый скот подходят очень избирательно к поеданию определенных видов растений-галофитов (Михеев, 1935; Якубов, 1955; Курочкина и др., 1986). Домашние травоядные часто не едят растения, в которых накапливаются фталаты, или их потребление крайне незначительно, поэтому из помета лошади, бизона и верблюда мы не смогли выделить дибутилфталат.

Большинство растений, где зафиксирован дибутилфталат, являются кормовыми для сайгака. Представители родов Anabasis, Lepidium, Phlomis, Limonium и Salsola входят в состав рациона этого копытного, к тому же солянки и анабазис могут быть важнейшим осенне-зимним кормом, необходимым для выживания вида в природе (Лебедева 1959, 1960; Банников и др., 1961; Фандеев, Слудский, 1982; Жирнов и др., 1998а; Абатуров и др., 2008, 2019). Обнаружение дибутилфталата в помете сайгака напрямую ассоциируется с его проникновением в организм вместе с растениями. У домашних копытных поступление фталатов в организм также напрямую связывают с кормами (Fierens et al., 2012). Фталаты хорошо всасываются в желудочно-кишечном тракте (Lyche, 2017). Хотя возможно попадание этих соединений через водопои и при вдыхании пыли, содержащей микрочастицы поллютанта (Zhang et al., 2019).

Весной сайгак практически не посещает водопои, пополняя дефицит влаги только за счет кормов (Фандеев, Слудский, 1982), поэтому выбор растений с высоким содержанием воды, а это в первую очередь галофиты и эфемеры, и служит основным источником поступления фталатов в организм травоядного. Отличия в кормовых предпочтениях сайгака по сравнению с другими растительноядными млекопитающими связаны с большей его устойчивостью к потреблению токсичных растений. На территории Калмыкии сайгак исторически придерживался солонцеватых степей (Орлов, 1928), что косвенно подтверждает его тесную зависимость от кормов, представленных галофитами.

Популяционную структуру свободно пасущихся травоядных определяют в первую очередь структура среды обитания и состояние кормовых ресурсов (Owen-Smith, 2010). Численность сайгака в северо-западной части Прикаспийской низменности в последние годы находится на низком уровне, и разрабатываются стратегии по его сохранению (Неронов и др., 2013). Предположение, что первопричиной резкого снижения численности сайгака был чрезмерный промысел и браконьерство (Рожков, Проняев, 2012; Каримова и др., 2020), не проясняет ситуацию со стабильно низкой численностью на протяжении последних лет в пределах заповедных территорий, где антропогенный фактор отсутствует. Одной из гипотез, объясняющих современное состояние численности сайгака в Прикаспии, рассматривают смену растительного покрова пастбищ в сторону преобладания ковыльных степей, менее пригодных для существования этого травоядного (Абатуров, 2007). На эту изолированную популяцию дополнительно накладывается фактор отсутствия миграций у сайгака и его переход к стационарному обитанию, что значительно снижает возможности избирательного питания и перемещения в биотопы с большими запасами и доступностью корма (Близнюк, 2009).

По статистическим данным последних лет численность сайгака в Калмыкии (Богун, 2019) находится на низком уровне, и отсутствует ожидаемый рост у этой популяции в условиях режима охраны. Однако для этой антилопы характерно быстрое восстановление популяции. Это всегда происходило после многократно наблюдаемых эпизодов катастрофического снижения численности копытных во время джутов – периодов с суровыми зимними климатическими условиями на фоне острой нехватки кормов (Слудский, 1963). У сайгака основной механизм быстро восстанавливать численность давно известен и связан с ранним половым созреванием и вовлечением молодых самок в размножение при сформированной половозрастной структуре популяции (Жирнов и др., 1998б). Но в последние годы для калмыцкой популяции сайгака зарегистрированы заметные изменения в показателях размножения (растянутость периода гона, сдвинутость гона на более поздние сроки – конец декабря–начало января, пропуск эструсов у самок). Причина этих изменений не совсем понятна и в основном объясняется нехваткой половозрелых самцов в популяции (Кокшунова, 2013). Для других популяций сайгака таких изменений в размножении не зарегистрировано, поэтому для волго-уральской популяции сайгака в последние годы отмечено заметное возрастание численности (Сапанов, 2016). Таким образом, антропогенное загрязнение может представлять гораздо большую угрозу для стационарно живущей калмыцкой популяции и вольерных группировок, чем для широко мигрирующих животных, формирующих другие популяции сайгака.

Сайгак – гаремное животное, и репродуктивное здоровье ведущих самцов имеет особо важное значение для поддержания жизнеспособности популяции. Гон сайгака проходит в декабре, когда популяция уже перешла на питание осенне-зимними кормами, включающими разные виды солянок. Поэтому нельзя исключать возможное влияние ксенобиотиков, накапливающихся в этих растениях, на состояние репродуктивной системы животных. Дибутилфталат может оказывать влияние на начало наступления эструса и его течение (Salazar et al., 2004).

Загрязнение дибутилфталатом во многом лежит в непознанной многогранной плоскости цикла микропластика в экосистемах (Rillig, Lehmann, 2020). Его источником могут выступать различные пластиковые отходы и удобрения (Vikelsøe et al., 2002; Zhang et al., 2015, 2019; Sweeney et al., 2016). Это соединение легко распространяется в атмосфере и с осадками, а попадая в почву, проникает в растения, а затем в организм травоядных (Wang et al., 2013a; Selvaraj et al., 2015; Zhang et al., 2019; Ma et al., 2020; Langova et al., 2020). Косвенно это подтверждается повышенной концентрацией некоторых эфиров фталовой кислоты в навозе животных (Zorníkova et al., 2011). Особенно высокий уровень фталатов в окружающей среде отмечен в жаркий летний сезон, что объясняется большей растворимостью эфиров фталевой кислоты при повышенной температуре (Zorníkova et al., 2011; Zhang et al., 2015). В последние годы все больше появляется аналитических работ, доказывающих передачу токсичных фталатов через грудное молоко, плаценту и слизистые покровы у млекопитающих (Enke et al., 2013; Kim et al., 2015; Lyche, 2017; Hlisníková et al., 2020).

Фталаты – липофильные соединения, поэтому они легко встраиваются и концентрируются в жировой ткани позвоночных. По индикации фталатов в жировой ткани, печени и молоке можно судить об интенсивности загрязнения ксенобиотиками кормов и безопасности использования продуктов животного происхождения (Jarošová, 2006; Fierens et al., 2012; Frias, 2020). У копытных возрастание жирности молока сопровождается повышением в нем концентрации фталатов (Ge et al., 2016). В молоке овец зарегистрированы максимально рекордные уровни концентрации фталатов – до 20 000 мкг/кг сухой массы, поэтому неудивительно, что встречаемость фталатов в тканях ягнят, питающихся молоком, выше, чем у взрослых животных (Rhind et al., 2007). Фталаты легко абсорбируются в кишечнике и изменяют метаболизм глюкозы в организме. Продукты деградации дибутилфталата могут вызывать инсулинорезистентность у самцов, развитие диабета у самок и приводить к ожирению (Majeed et al., 2017).

Однако об особенностях метаболизма фталатов в организме копытных после их поступления с кормом еще много неизвестно. В экспериментах по деградации частиц пластика в илах было показано нарушение процессов анаэробной ферментации, связанное со снижением образования метана и водорода (Peller et al., 2020). Скорее всего, в процессе переваривания корма в рубце у копытных фталаты могут оказывать влияние на разнообразие и активность симбионтных анаэробных микроорганизмов. Часть анаэробов – уникальные виды метаногенов, которые используют водород, а метан в свою очередь представляет собой один из конечных продуктов ферментации ими кормового субстрата (Cersosimo, Wright, 2015). Большое влияние на биохимические особенности пищеварения может оказывать и длительность ферментации ксенобиотиков. На беспозвоночных показано, что длительный процесс переваривания частиц пластика способствует большей вероятности проникновения фталатов в организм (Fred-Ahmadu et al., 2020), да и само наличие микропластика в пищеварительном тракте сильно изменяет структуру микробиома (Zhu et al., 2018).

Выделение фталатов из организма происходит двумя метаболическими путями. На первой фазе диэфиры фталевой кислоты гидролизуются до моноэфиров, а на второй фазе происходит гидрофильная глюкоронидная конъюгация, увеличивающая растворимость выводимых естественным путем фталатов (Frederiksen et al., 2007). У дибутилфталата, обладающего низкой молекулярной массой, скорость экскреции выше, чем у соединений с высокой молекулярной массой, поэтому во многих висцеральных органах (почки, селезенка, печень) фталаты с низкой молекулярной массой имеют высокую концентрацию (Yue et al., 2020). Высокая концентрация фталатов обнаруживается и в естественных жидкостях организма – амниотической жидкости, моче, крови, и поте (Frederiksen et al., 2007; Genuis et al., 2012). С мочой в виде моноэфиров выводится до 70% поступившего с пищей дибутилфталата (Lyche, 2017). В экскрементах концентрации данных соединений заметно ниже. В частности, из организма человека с экскрементами выводится лишь только 5% от всего введенного количества дибутилфталата (Frederiksen et al., 2007).

Основное влияние фталаты оказывают на репродуктивную и эндокринную системы травоядных, что необходимо учитывать при оценке отдаленных последствий для последующих поколений животных. Важно понимать, что основная опасность состоит в том, что фталаты могут действовать на организм, как и гормоны – даже в крайне низких концентрациях (Hlisníková et al., 2020). Фталаты негативно действуют как на репродуктивную систему самцов, так и самок. Однако характер и интенсивность воздействия разных соединений из группы фталатов может сильно отличаться (Radke et al., 2018).

Негативное воздействие фталатов на самцов более выражено и многократно доказано экспериментально в отношении дибутилфталата и диэтилгексилфталата (Radke et al., 2018). Фталаты с низкомолекулярной массой негативно воздействуют на репродуктивную систему самцов копытных даже при низких концентрациях (Yurdakok-Dikmen et al., 2019). В частности, дибутилфталат сильно снижает концентрацию тестостерона (Hlisníková et al., 2020). У самцов нарушается нормальный ход спермиогенеза вплоть до полного его отсутствия, ухудшается качество спермы, под воздействием ксенобиотиков оказываются связанными рецепторы стероидных гормонов, нарушается структура мембраны сперматозоидов и повреждается их ДНК (Yurdakok-Dikmen et al., 2019; Hlisníková et al., 2020; Roth et al., 2020).

В последние годы экспериментально доказано отрицательное воздействие фталатов на самок. Процесс развития фолликулов у полорогих длится несколько месяцев, поэтому хроническое поступление фталатов может нарушать развитие фолликулов особенно на ранних стадиях, вызывая их патологию, снижать скорость оплодотворения, изменять состояние цитоплазмы ооцитов, нарушать экспрессию генов и синтез эстрадиола (Kalo et al., 2015; Hlisníková et al., 2020; Roth et al., 2020). Также нарушается нормальный процесс роста и развития эмбрионов, снижается скорость образования бластоцист, что в итоге может приводить к преждевременному прерыванию беременности (Roth et al., 2020). У молодых особей нарушаются сроки наступления полового созревания (Hlisníková et al., 2020).

К настоящему времени нет достаточного количества данных и не выработано единого консенсуса по вопросу влияния продуктов деградации пластика на организм диких млекопитающих с возможностью прогнозирования вреда в целом для всей популяции (Zantis et al., 2021). Тем не менее, обнаружение нами дибутилфталата в биологических объектах позволяет выдвинуть еще одну гипотезу, связанную с отсутствием заметного увеличения численности калмыцкой популяции сайгака в последние годы. Вполне возможно, что низкая численность этой газели может быть также связана и с поступлением дибутилфталата в организм, что теоретически может оказывать негативное воздействие на репродуктивный потенциал популяции. Подтвердить или опровергнуть гипотезу воздействия фталатов на организм сайгака и в целом на популяцию возможно при диагностике большой выборки особей на наличие диэфиров и моноэфиров в помете животных, при идентификации моноэфиров как особо чувствительных биомаркеров в сперме самцов и в моче, а также при мониторинге гормонального статуса животных. Дибутилфталат, диэтилгексилфталат, бутилбензилфталат снижают уровень тестостерона, поэтому анализ уровня тестотерона у самцов, развивающихся плодов и молодых животных будет надежным критерием, отражающим негативное воздействие этих соединений на организм (Silano et al., 2019).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дибутилфталат присутствует во многих растениях из группы разнотравья: представители родов Salsola, Salicornia, Anabasis, Lepidium, Phlomis, Limonium. Наибольшая его концентрация обнаружена в солянках, поэтому эти растения можно использовать в качестве ключевых объектов мониторинга при оценке распространения ксенобиотиков в экосистемах степей и полупустынь, и особенно на территориях, действующих и планируемых вольерных комплексов для копытных. Солянки – однолетники, поэтому концентрация любых техногенных соединений в них будет показывать уровень загрязнения на исследуемой территории в текущем году.

Индикаторные растения, аккумулирующие фталаты, практически не поедает домашний скот, их в незначительном количестве используют двугорбые верблюды. Однако большинство этих растений входят в группу основных кормовых объектов сайгака, что позволяет успешно выживать популяции этого копытного в природе особенно в зимний период. Фталаты, в том числе дибутилфталат, представляют собой ксенобиотики, нарушающие на биохимическом и физиологическом уровне процессы нормального функционирования репродуктивной и эндокринной систем. Их поступление в высоких концентрациях и хроническое воздействие на организм, вызывает выраженный токсический эффект. Нарушение репродуктивной системы организма может спровоцировать яловость самок и стерильность самцов, что в итоге может отразиться на совокупной численности популяции. Нами зафиксировано поступление в организм сайгака дибутилфталата с кормовыми растениями на примере вольерной группировки в Ростовской обл. На основании этого нами выдвигается гипотеза, что наблюдаемая стабильно низкая численность сайгака в Калмыкии в последние годы также теоретически может быть связана с поступлением фталатов в организм этих копытных, что вызывает особую обеспокоенность на фоне крайней важности поддержания здоровья половозрелых гаремных самцов, составляющих репродуктивное ядро популяции, и численность которых в вольноживущей популяции сайгака находится на низком уровне.

Присутствие дибутилфталата в помете травоядных ставит вопрос о необходимости дальнейших работ по изучению метаболизма растительных компонентов корма у копытных и оценке местообитаний животных по уровню контаминации кормов, почвы и природных вод антропогенными загрязняющими веществами.