С.А.Остроумов

Опубликовано: Остроумов С.А. Опасность двухуровневого синергизма при
синэкологическом суммировании антропогенных воздействий // Доклады
академии наук (ДАН). 2001. т.380. №6. с.847-849. Пер. на англ. яз.:
The hazard of a two-level synergism of synecological summation of anthropogenic
effects. - Doklady Biological Sciences, 2001, Vol. 380, Numbers 1-6, p. 499-501.
DOI 10.1023/A:1012348127085.
Суть: новый опасный вид суммирования антропогенных воздействий.
В статье введен новый термин: “двухуровневый синергизм”.
Кроме того, в статье приведены новые обоснования и новые примеры
полезности другого нового термина (а именно, «синэкологическое суммирование
антропогенных воздействий»), который впервые был введен в предыдущей статье
того же автора (Остроумов С.А. Реагирование Unio tumidus при воздействии
смесевого химического препарата и опасность синэкологического суммирования
антропогенных воздействий. ДАН. 2001. Т. 380. № 5. С. 714–717 ).
15 ключевых слов: качество воды, комплексное загрязнение окружающей
среды, новый вид опасности загрязнения, двухуровневый синергизм,
синэкологическое суммирование антропогенных воздействий, смеси химических
веществ, поллютанты, синтетические поверхностно-активные вещества, ПАВ,
детергенты, СМС, двустворчатые моллюски, устрицы Crassostrea gigas, мидии
Mytilus galloprovincialis, самоочищение воды
УДК 574.6: 574.635: 574.685
ОПАСНОСТЬ ДВУХУРОВНЕВОГО СИНЕРГИЗМА ПРИ
СИНЭКОЛОГИЧЕСКОМ СУММИРОВАНИИ АНТРОПОГЕННЫХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ
© С.А.Остроумов
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова,
Биологический факультет, Москва 119991, Воробьевы горы
Поступила в редакцию 26.04.2001
представлено академиком В.Н.Большаковым.
Ключевые слова: качество воды, комплексное загрязнение окружающей
среды, новый вид опасности загрязнения, двухуровневый синергизм,
синэкологическое суммирование антропогенных воздействий, смеси химических
веществ, поллютанты, синтетические поверхностно-активные вещества, ПАВ,
детергенты, СМС Весна-Деликат, IXI, Tide-Lemon, Synechocystis sp. PCC 6803,
СМС OMO-Intelligent, Anacystis nidulans, Synechococcus elongates, Tide-Lemon,
стимуляция, фитопланктон, микроводоросли, диатомовые, Thalassiosira
pseudonana, неионный, Тритон X-100, моющие средства, детергенты,
фильтрационная активность, морские, двустворчатые моллюски, устрицы, мидии,
взрослые и ювенильные особи моллюсков, фитопланктон, водоросли,
трофическая цепь, трофические связи, биогены, фосфор, химия и токсикология
окружающей среды, экотоксикология, водные экосистемы, функционирование
экосистем, водная биота, гидробионты, Pavlova lutheri, Monochrysis lutheri,
Crassostrea gigas, Mytilus galloprovincialis,
Key words: water quality, pollution, hazards, synergism, synecological,
summation of anthropogenic effects, synthetic surfactants, detergents, tensides,
filtering activity, marine bivalves, oysters, mussels, adult and juvenile mollusks,
phytoplankton, algae, Pavlova lutheri , Monochrysis lutheri, Crassostrea gigas,
Mytilus galloprovincialis, pollutants, filtration rate, clearance rate, filter feeders,
suspension feeders, nutrients, phosphorus, environmental chemistry and toxicology,
ecotoxicology, trophic chain
Имеется ряд подходов к идентификации и классификации опасностей
антропогенного воздействия на организмы, популяции, экосистемы и биосферу
[1-7].
Цель данной работы – идентифицировать новый тип экологической
опасности антропогенного воздействия (на примере химического загрязнения) –
тип, который мы предлагаем называть синэкологическое суммирование (или
синэргическое суммирование) антропогенных воздействий на организмы двух
смежных трофических уровней.
С целью продолжить изучение антропогенных эффектов, производимых
смесевыми химическими препаратами, мы изучали воздействие нескольких
синтетических моющих средств (СМС) на фильтрационную активность
моллюсков Crassostrea gigas Thunberg и Mytilus galloprovincialis Lam. Организмы
были получены в Институте биологии южных морей НАНУ (ИНБЮМ НАНУ).
Метод измерения описан в [6].
Результаты опытов, представленные в Табл. 1-3, показывают, что СМС
Весна-Деликат, IXI
и Tide-Lemon ингибировали фильтрацию воды
двустворчатыми моллюсками, включая фильтрационную активность как
взрослых (Табл. 1-2), так и ювенильных (Табл. 3) особей. Концентрации СМС,
которые вызывали эти эффекты, были сравнительно невысокими. Это
согласуется с аналогичными данными об ингибиторных эффектах, порождаемых
низкими концентрациями других СМС, а также некоторыми индивидуальными
веществами, относящимися к классу поверхностно-активных веществ (ПАВ) [ 810 ]. Ввиду целей данной работы немаловажно отметить, что те же концентрации
СМС и ПАВ не производили заметных эффектов при воздействии на несколько
видов одноклеточных организмов, которые представляли собой часть
взвешенного в воде вещества.
Было показано, что СМС Tide-Lemon в концентрации менее 100 мг/л не
ингибировал рост Synechocystis sp. PCC 6803 [11]. СМС OMO-Intelligent (1, 10, 1
and 100 мг/л ) не ингибировал рост Anacystis nidulans ( Synechococcus elongatus)
R-2 [ 12 ]. Более того, на некоторых средах детергент
Tide-Lemon в
концентрации 1-100 мг/л стимулировал рост Synechocystis sp. PCC 6803 и
Scenedesmus quadricauda [11]; и СМС TL (10 мг/л), и СМС E (также 10 мг/л)
стимулировали рост A. nidulans [ 12 ]. Была также показана стимуляция
некоторых видов фитопланктона (морских микроводорослей) [ 13 ].
Некоторые виды фитопланктона, как было показано, имеют различающиеся
уровни чувствительности к ПАВ. Было показано, что диатомовая водоросль
Thalassiosira pseudonana сравнительно чувствительна к неионному ПАВ Тритону
X-100 [ 14]. Однако, из всей суммы доступных сведений можно сделать вывод,
что по крайней мере некоторые виды фитопланктона относительно толерантны к
СМС и их компонентам (нескольким ПАВ), в концентрациях, которые
значительно снижают фильтрационную активность двустворчатых моллюсков.
Это снижение фильтрационной активности связано со снижением способности
двустворчатых моллюсков удалять взвешенные частицы из воды.
Реальное химическое загрязнение воды является комплексным
загрязнением целым рядом веществ. Поэтому важно, что этот ряд веществ может
включать и ПАВ, и биогены (например, фосфор). Многие СМС содержат и ПАВ,
и фосфор-содержащие вещества, т.е. они представляют собой отличный пример
источника двойной контаминации воды обоими компонентами. Этот факт
согласуется с вышеупомянутым эффектом стимуляции роста некоторых видов
фитопланктона при воздействии СМС (поскольку стимулирующее воздействие
фосфора в некоторых случаях может быть более выраженным, чем
ингибирующий эффект других компонентов смеси).
Экологическая реальность такова, что обе группы рассмотренных
организмов (фитопланктон и двустворчатые моллюски) связаны вместе в
трофических цепях. Поэтому различные типы реагирования фитопланктона и
двустворчатых моллюсков на некоторые химические вещества, которые
сосуществуют в воде (в условиях комплексного загрязнения воды – или
загрязнения смесевыми препаратами) могут вызвать последствия, важные для
состояния экосистем.
Ввиду связи между двумя трофическими уровнями, опасность воздействия
индивидуальных веществ на конкретные трофические уровни могут
суммироваться наиболее опасным образом: фосфор может стимулировать рост
фитопланктона; в добавление к этому, регуляция (контроль) численности
фитопланктона (путем изъятия его клеток из воды консументами) нарушается
вследствие негативного воздействия ПАВ на организмы следующего
трофического уровня (представленного фильтраторами, в том числе
двустворчатыми моллюсками) [ 15 ]. Вследствие того, что трофическая цепь
организована таким образом, имеется опасность суммирования эффектов этих
двух типов (несмотря на то, что последние относятся к организмам различных
трофических уровней (Табл. 4).
Опасность этого рода основана на неодинаковой чувствительности
некоторых видов фитопланктона и бентических фильтраторов к ряду химических
веществ. Сходным образом, неодинаковая чувствительность имеет место для
некоторых других химических веществ (пестицидов) в случае сопоставления
фитопланктона и выедающего его зоопланктона [ 15 ]. Эти факты указывают,
что отмеченная выше опасность суммирования антропогенных воздействий на
организмы различных трофических уровней представляет широкое значение.
Подытоживая, можно отметить, что наши данные о двустворчатых
моллюсках помогают идентифицировать новый тип опасности, порождаемой
загрязнением воды смесью двух и более химических веществ – опасности того,
что даже умеренные воздействия на организмы двух смежных трофических
уровней могут в конечном счете вызвать суммированный, выраженный и явно
нежелательный результат ненормального увеличения численности организмов
одного из этих трофических уровней.
Представляется возможным предсказать, что в будущем будут описаны
новые примеры опасности аналогичного суммирования частных эффектов,
связанных с антропогенным воздействием на организмы различных трофических
уровней – и для водных (пресноводных и морских), и для наземных экосистемах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Безель В.С., Большаков В.Н., Воробейчик Е.Л. Популяционная
экотоксикология. М.: Наука, 1994. 81 с.
2. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. Л.:
Гидрометеоиздат, 1989. 531 с.
3. Yablokov A.V., Ostroumov S.A. Conservation of Living Nature and Resources:
Problems, Trends and Prospects. Berlin et al.: Springer-Verlag. 1991. 272 p.
4. Остроумов С. А. // ДАН. 2000. Т. 371. № 6. С. 844-846.
5. Остроумов С. А. Введение в биохимическую экологию. М.: Изд-во МГУ,
1986. 176 с.
6. Остроумов С.А. Биологические эффекты поверхностно-активных веществ в
связи с антропогенными воздействиями на биосферу. М.: МАКС-Пресс, 2000.
116 с.
7. Остроумов С.А. // Вестник МГУ. Сер. 16. Биология. 2000. № 4. С.27-34.
8. Остроумов С.А., Донкин П., Стафф Ф. // ДАН. 1998. Т. 362. № 4. С. 574-576.
9. Остроумов С. А. // ДАН. 2000. Т. 372. № 2. С. 279-282.
10.Остроумов С. А. // ДАН. 2000. Т. 374. № 3. С. 427-429.
11.Колотилова Н.Н., Остроумов С.А. // Проблемы экологии и физиологии
микроорганизмов. М. : Диалог-МГУ. 2000. С. 66.
12.Остроумов С. А., Колотилова Н. Н. // Водные экосистемы и организмы-2. М.:
МАКС Пресс. 2000. С. 60.
13.Айздайчер Н.А., Малынова С.И., Христофорова Н.К. Влияние детергентов на
рост микроводорослей // Биол. моря. 1999. Т.25. № 3. С. 234-238.
14.Фишер Н., Маертц-Уэнте М., Остроумов С.А. // Известия Российской
Академии Наук. Биология. 1996. № 1. С. 91-95.
15.Остроумов С. А. // ДАН. 2000. Т. 375. № 6. С. 847-849.
Таблица 1. Изменение оптической плотности (OD550) при воздействии СМС
Весна-Деликат (ВД, 1 мг/л) на фильтрацию устрицами Crassostrea gigas суспензии
S. cerevisiae.
Период
Время
ВЭИ,
измерения,
от
А/В,
начала
%
№
инкуба-
OD550
ции,
мин
А
В
Опыт
Контроль Контроль
1
2
(с устрицами,
С
+ВД)
(с устрицами,
без ВД)
(без
устриц,
без ВД)
1
7
0.196
0.162
0.237
121.0
2
22
0.097
0.055
0.174
176.4
Примечание.
В сосудах А и В по 16 устриц. Суммарная масса
(сырая, с
раковинами) устриц: А-23.6 г; В-23.5. Средняя масса одной особи: А –1.475 г; В1.469 г. Объем воды в сосудах: 250 мл. Температура 23.4°С. S. cerevisiae 60 мг/л.
ВЭИ - воздействие на эффективность изъятия взвеси из воды.
Таблица 2 .
Изменение оптической плотности (OD550) при воздействии СМС IXI ( 10 мг/л)
на фильтрацию мидиями Mytilus galloprovincialis суспензии S. cerevisiae.
Период
Время
ВЭИ,
измерения,
от
начала
А/В,
№
инкуба-
%
OD550
ции,
мин
А
В
Опыт
Контроль Контроль
1
2
(с
мидиями,
+IXI)
С
(с
(без
мидиями, мидий,
без IXI)
без IXI)
1
3
0.310
0.269
0.352
115.2
2
8
0.192
0.129
0.342
148.8
Примечание.
Суммарная масса (сырая, с раковинами) мидий: А - 96.2 г; В - 98.5. Средняя
масса одной особи: А – 6.01 г; В - 6.16 г. Объем воды в сосудах: 500 мл.
Температура 22.3°С. S. cerevisiae 100 мг/л. ВЭИ - воздействие на эффективность
изъятия взвеси из воды.
Табл. 3.
Изменение оптической плотности (OD650) при воздействии СМС Tide-Lemon
(ТЛ, 50 мг/л) на фильтрацию ювенильными особями Mytilus galloprovincialis
суспензии водорослей Pavlova lutheri (Droop) Green (Monochrysis lutheri Droop).
Пери-
Время
од
от
измерения,
начала
№
1
2
Соотношение
А/В,
OD650
инкубации,
мин
А
Опыт
(с мидиями,
+ТЛ)
В
Контроль 1
(с мидиями,
без ТЛ)
С
Контроль 2
(без мидий,
без ТЛ)
1
2
3
4
5
6
44
-
-
0.12
0.10
(среднее
0.11)
-
47
-
-
-
-
0.15
0.15
49
0.134 0.145
(среднее
0.14)
-
-
-
-
75
-
-
0.072 0.070
(среднее
0.071)
-
78
-
-
-
-
0.14
0.14
80
0.12
0.12
-
-
-
-
%
127.3
169.0
Примечание. Для каждого варианта были поставлены две повторности (сосуды 1
и 2 – вариант А, сосуды 3 и 4 – вариант В, сосуды 5 и 6 – вариант С). В скобках
указаны средние значения для двух повторностей. Возраст моллюсков 2 мес.
Суммарная сырая масса мидий (с раковинами): сосуды 3 и 6 – 0.10 г; сосуд 4 –
0.09 г; сосуд 5 – 0.11 г; средняя масса одной ювенильной особи – 0.93 мг.
Таблица 4. Примеры антропогенных эффектов, на основе которых порождается
опасность двухуровневого синэргизма при синэкологическом суммировании
эффектов отдельных веществ (на основе [6-13, 15 ] и других публикаций). В
результате такого суммирования, усиливается опасность чрезмерного повышения
численности фитопланктона.
Трофические
уровни
Примеры
организмов
Действующие
химические
компоненты
смесей веществ,
которые
загрязняют
водоемы
Потенциальные
эффекты
химических
веществ
1. Первичные
продуценты
(автотрофы)
Фитопланктон,
напр.,
Synechocystis sp.
PCC 6803;
S. quadricauda
[11]; Anacystis
nidulans
(Synechococcus
elongatus) R-2 [12],
и др. [13]
Фосфорсодержащие
вещества (напр.,
фосфаты)
Стимулирование
роста
фитопланктона
2. Консументы
(фитофагигетеротрофы)
Бентосные
двустворчатые
моллюски
(фильтраторы),
напр.,
Unio pictorum,
Crassostrea gigas,
Mytilus edulis,
M. galloprovincialis
[6-10]
Поверхностноактивные
вещества (ПАВ)
Ингибирование
фильтрации воды
двустворчатыми
моллюсками;
уменьшение
изъятия клеток
фитопланктона из
воды
Abstract
THE HAZARD OF A TWO-LEVEL SYNERGISM OF SYNECOLOGICAL SUMMATION OF
ANTHROPOGENIC EFFECTS
S.A.Ostroumov
Опубликовано/ Published : Ostroumov S.A. The hazard of a two-level
synergism of synecological summation of anthropogenic effects. – Doklady Akademii
Nauk (DAN) 2001. Vol.380. No.6. pp. 847-849. Translated into English and
published: Doklady Biological Sciences, 2001, Volume 380, Numbers 1-6, p. 499-501.
Остроумов С.А. Опасность двухуровневого синергизма при
синэкологическом суммировании антропогенных воздействий // ДАН. 2001.
т.380. №6. с.847-849.
The paper presents the studies of the effects of some detergents on the filtering activity
of marine bivalves Crassostrea gigas Thunberg and Mytilus galloprovincialis Lam.
The detergents Vesna-Delikat, IXI, and Tide-Lemon inhibited water filtering by
bivalves, including filtering activity of both adult and juvenile organisms. The
concentrations of the detergents producing that effect were relatively low. The different
types of responses of phytoplankton and bivalves to some chemicals that co-occur in
the water (under the conditions of complex water pollution, or pollution with a mix of
chemicals) may produce consequences important to the state of the ecosystem. Because
of the trophic chain organization, there is a hazard in the summation of the negative
results of the effects of contaminants on the organisms of different trophic levels. The
concrete examples of synergism were found when anthropogenic impacts affected
organisms of two adjacent trophic levels. Bioeffects were described of the action of
synthetic detergent Vesna (1 mg/l) on oysters Crassostrea gigas, detergent IXI (10
mg/l) on mussels Mytilus galloprovincialis, detergent Tide-Lemon (50 mg/l) on M.
galloprovincialis. The hazards of simultaneous influence of contamination of
environment (e.g., by detergents) on organisms of two trophic levels may occur when
the polluting chemicals produce effects on algae and bivalves that are filter-feeders.
[Publisher MAIK Nauka/Interperiodica, distributed by Springer Science+Business
Media LLC.; ISSN 0012-4966 (Print) 1608-3105 (Online)] DOI
10.1023/A:1012348127085.]
ОПАСНОСТЬ ДВУХУРОВНЕВОГО СИНЕРГИЗМА ПРИ СИНЭКОЛОГИЧЕСКОМ
СУММИРОВАНИИ АНТРОПОГЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
С.А.Остроумов
Опубликовано: Остроумов С.А. Опасность двухуровневого синергизма при
синэкологическом суммировании антропогенных воздействий // ДАН. 2001.
т.380. №6. с.847-849.
В статье выявлен новый опасный вид суммирования антропогенных воздействий .
Представлены результаты изучения воздействия нескольких синтетических
моющих средств (СМС) на фильтрационную активность морских моллюсков
Crassostrea gigas Thunberg и Mytilus galloprovincialis Lam. СМС Весна-Деликат,
IXI и Tide-Lemon ингибировали фильтрацию воды двустворчатыми моллюсками,
включая фильтрационную активность как взрослых, так и ювенильных особей.
Концентрации СМС, которые вызывали эти эффекты, были сравнительно
невысокими. Различные типы реагирования фитопланктона и двустворчатых
моллюсков на некоторые химические вещества, которые сосуществуют в воде (в
условиях комплексного загрязнения воды – или загрязнения смесевыми
препаратами) могут вызвать последствия, важные для состояния экосистем.
Ввиду существования организованной трофической цепи, имеется опасность
суммирования негативных последствий воздействия индивидуальных веществ на
конкретные трофические уровни. Выявлены конкретные примеры синергизма
при суммировании антропогенных воздействий на организмы двух соседних
трофических уровней. Описаны биоэффекты при действии синтетического
моющего средства (СМС) Весна 1 мг/л на устриц Crassostrea gigas, СМС IXI 10
мг/л на мидий Mytilus galloprovincialis, СМС Tide-Lemon 50 мг/л на M.
galloprovincialis. Отмечена опасность одновременного воздействия загрязнения
среды (на примере детергентов и СМС) на организмы двух трофических уровней,
а именно на водоросли и на моллюсков-фильтраторов.