3. П.М. Жадан, д.б.н. - Исследования влияния загрязнения

3. П.М. Жадан, д.б.н. - Исследования влияния загрязнения морской среды на
функционирование морских организмов
Работы проводились береговым отрядом лаб. исследования загрязнения и экологии ТОИ
совместно с ИБМ ДВО РАН в период с 1 марта по 30 ноября 2009 г. на МЭС «о. Попова»,
в Амурском, Уссурийском заливах, в районе б. Киевка, Рудная Пристань и зал. Восток.
Основание для организации экспедиции (проекты, программы, договора,
соглашения, гранты и т.д.)
Госбюджет.
Тема: Динамика и продуктивность экосистем дальневосточных морей России в
условиях современной хозяйственной деятельности и глобального изменения климата.
Исследование состояния и функционирования морских экосистем дальневосточных морей
и их продукционных возможностей».
Раздел 4. Численность, видовое разнообразие и особенности функционирования
морских организмов в нативных и импактных прибрежных экосистемах.
Гранты ДВО РАН и ДВО РАН-РФФИ №№: 09-3-А-06-230; 09-3-А-06-232; 09-3-А06-194; 09-04-98569р_восток_а; 09-04-98562р_восток_а; 06-3-В-07-301;, 09-3-В-06-279; 093-А-07-362.
Цели экспедиции
Цель работ – исследование влияния загрязнения
функционирование морских организмов.
морской
среды
на
Задачи экспедиции.
1) Исследование природы, обнаруженного нами в 2008 г., блокирования нереста у
морских ежей, обитающих на северо-востоке Приморского края.
2) Исследование нарушений репродуктивного цикла у донных беспозвоночных
(морских ежей и двустворчатых моллюсков), обитающих в условиях хронического
загрязнения.
3) Исследования таксономического разнообразия зоопланктона прибрежных
экосистем северо-западной части Японского моря, и выявление возможных изменений в
связи с изменяющимся гидрологическим режимом и антропогенной нагрузкой.
Методы измерений и обработки данных
Морфометрические
(определение
гонадного
индекса),
гистологические
(определение стадии репродуктивного цикла, индекса зрелости гонад, выявление
гистопатологических изменений), эмбриологические (эмбриональное и личиночное
развитие) электронно-микроскопические (исследование ультраструктуры половых и
вспомогательных клеток), микроспектрофлуориметрические (определение содержания
липофусцина и половых стероидных гормонов) и физико-химические (анализ содержания
ТМ, НУ, ГХЦГ и ДДТ).
Используемые технические средства и их краткая характеристика
Сбор материала проводился водолазами ИБМ. Работы проведены на моторной
лодке типа «Зодиак», принадлежащей ИБМ и типа «Прогресс», принадлежащей ДВГУ.
Объемы выполненных работ
Регулярные исследования проводились на 13 станциях. Станции, № 1–3 (б. Рудная
(у пос. Рудная пристань), б. Киевка, зал. Восток) расположены у северо-восточного
побережья Приморского края; № 4–9 (б. Манджур, Рыбачий поселок (в 300 м от тела
городской свалки), б. Патрокл, м. Жидкова, б. Жидкова, о-ва Верховского) расположены в
Уссурийском заливе и №10–13 (б. Спортивная Гавань, б. Алексеева, пролив Старка и о.
Рейнеке) – в Амурском заливе (см. рис.). На всех станциях проведен отбор морских ежей
Strongylocentrotus intermedius и водорослей. На станциях Спортивная Гавань, б.
Алексеева, б. Киевка, б. Витязь проведен также отбор мидий и модиолусов (Crenomytilus
grayanus и Modiolus kurilensis). На станциях б. Киевка и Спортивная Гавань отбор
материала проводился ежемесячно в течение всего года. На остальных станциях с апреля
по ноябрь. Единичный сбор материала проводили в б. Врангель, б. Гранитная, б.
Преображения и б. Кит. Объем выборки составлял от 30 до 150 шт. каждого вида донных
беспозвоночных. Еженедельно в течение июня - августа проводился отбор проб
микробентоса в б. Киевка.
Предварительные научные результаты работ
Исследованы особенности репродуктивного цикла в поселении морских ежей S.
intermedius в б. Киевка, в которой осенью 2008 г. мы зарегистрировали отсутствие нереста
у большинства особей поселения. Показано, что у большинства морских ежей, не
завершивший репродуктивный цикл нерестом, зрелые половые клетки подверглись
резорбции в течение октября 2008 г – марта 2009 г. У отдельных особей обоего пола этот
процесс продолжался вплоть до мая 2009 г. Параллельно процессу резорбции, начиная с
декабря 2008 г., наблюдалось формирование половых клеток новой генерации. К концу
августа 2009 г. большинство морских ежей достигли преднерестовой стадии. Вместе с
тем, в сентябре – октябре 2009 г мы вновь зарегистрировали отсутствие нереста у почти
50% морских ежей на этой станции. На станции б. Рудная доля морских ежей, не
закончивших репродуктивный цикл нерестом, составила около 30%, а на станции зал.
Восток – 0%. На станциях расположенных в Амурском и Уссурийском заливах
блокирование нереста в сезон 2009 г., как и в исследованиях предыдущих лет, выявлено
не было. Исходя из того, что станции б. Киевка и б. Рудная располагаются в
олиготрофных районах, тогда как воды зал. Восток, и особенно Амурского и
Уссурийского заливов эвтрофированы, мы предположили, что блокирование нереста у S.
intermedius связано с низкой концентрацией фитопланктона, которая недостаточна для
стимуляции нереста. Проверку этого предположения мы провели на дополнительных
станциях (б. Врангель, б. Гранитная, б. Преображения и б. Кит), которые выбрали на
основании спутниковых данных о концентрации хлорофилла А. Получены данные о том,
что в закрытых бухтах с относительно высокой концентрацией хлорофилла А
блокирование нереста у морских ежей встречалось значительно реже, чем в открытых
бухтах.
Проведены исследования природы смещения репродуктивного цикла у морских
ежей, обитающих в условиях хронического загрязнения в 2009 г., которые подтвердили
ранее сделанный вывод о том, что причиной смещения сроков нереста с осени на весеннелетний период является загрязнение среды обитания. Особенностью сезона 2009 г. был
скрининговый характер исследований. В 2009 году, помимо станций постоянного
мониторинга, исследования были проведены еще на 10 станциях. Полученны данные о
том, что на станциях б. Киевка, б. Рудная и в зал. Восток, лишь около 5% животных в
выборке имели зрелые половые продукты в мае. На станциях в Амурском и Уссурийском
заливах доля морских ежей готовых к нересту в мае и начале июня была значительно
выше. Она была максимальна на наиболее загрязненных станциях Спортивная гавань и
Рыбачий поселок (90 – 100%), и минимальна на островной станции о-ва Верховского
(38%).
Помимо гистологических исследований был проведен анализ популяционногенетической структуры поселений морского ежа с различными сроками нереста на
станциях Спортивная Гавань и б. Алексеева (о-в Попова) в Амурском заливе, б. Патрокл в
Уссурийском заливе, зал. Восток, б. Киевка и б. Рудная по 7 аллозимным локусам,
кодирующим
ферменты:
глюкозофосфатизомераза
(
EC
4.3.1.5;
Gpi),
глутаматоксалоацетат трансаминаза (EC 2.6.1.1; Got-1), маннозофосфатизомераза ( EC
5.3.1.8; Mpi), неорганическая пирофосфатаза (EC 3.6.1.1; Ipp), и пептидазы (EC 3.4.11;
Pep-1, Pep-2). В этих исследованиях выявлена статистически значимая популяционногенетическая дифференцировка внутри всех исследованных поселений морского ежа и
независимость степени их генетической гетерогенности от географического расстояния.
Это свидетельствует о том, что на популяционно-генетическую структуру S. intermedius в
каждом из исследованных районов могут влиять локальные факторы, например изменение
химического состава среды обитания.
Иными словами, в основе изменения репродуктивной стратегии лежит
фенотипическая пластичность (изменчивость) вида (то есть способности одного генотипа
обеспечивать разные варианты репродуктивного цикла вида в ответ на меняющиеся
условия среды).
Определение содержания ТМ в водорослях, содержимом кишечника, стенке
кишечника и гонадах показало, что оно максимально на станции Рыбачий поселок (у
городской свалки) и минимально на станции Киевка. Вместе с тем, предварительное
сопоставление данных о содержании ТМ и о доле морских ежей, нерестящихся в
аномальные сроки, не позволяет считать, что между этими показателями существует
прямая связь.
Выводы
Объем запланированных работ выполнен полностью. Ведется обработка
полученных материалов. Исследовано раннее неизвестное явление: блокирование
воспроизводства морских ежей на стадии нереста. Предполагается, что отсутствие нереста
обусловлено низкой концентрацией фитопланктона. Исследование природы смещения
репродуктивного цикла в загрязненных водах дают основания считать, что изменение
репродуктивной стратегии морских ежей связано с фенотипической пластичностью вида,
а не с генетической неоднородностью популяции.
Схема районов работ в береговой экспедиции экологического отряда в период с 1 марта
по 30 ноября 2009 г.