Сравнительная оценка содержания ряда тяжелых металлов в мягких тканях Mytilus trossulus A. Gould, 1850, Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819 (Bivalvia: mytilidae) и их гибридных форм из бухты миноносок залив Петра Великого (Японское море)

Полный текст

Мониторинг загрязнения водных экосистем металлами по их содержанию в тканях массовых видов моллюсков и водорослей широко применяется и в мире (Шулькин, Кавун, 2018; Phillips, 1976; Goldberg et al., 1983; Rainbow, Phillips, 1993; Azizi et al., 2018), и в прибрежных водах морей РФ, в том числе в зал. Петра Великого (Христофорова, 1989; Шулькин, Кавун, 2023). Тихоокеанская мидия Mytilus trossulus – основной массовый вид, который используется в качестве организма-монитора для контроля над содержанием тяжелых металлов в прибрежных водах северо-западной части Тихого океана (Христофорова, Кавун, 1988; Кавун и др., 1989; Христофорова и др., 1993; Kavun et al., 2002). Однако в последние три десятилетия значительно расширился ареал средиземноморской мидии M. galloprovincialis в этой части Пацифики. Новые данные свидетельствуют о продолжении инвазии M. galloprovincialis в зал. Петра Великого и сопредельные воды. Более того, показано, что граница ареала M. galloprovincialis пролегает севернее районов, документированных ранее в генетических исследованиях, достигая заливов Ольги и Владимира, о-ва Монерон (юго-западный Сахалин) (Ivanova, Lutaenko, 1998), а с тихоокеанской стороны Южных Курильских о-вов – о-ва Кунашир (Лутаенко, Колпаков, 2016).

В большинстве современных работ M. edulis, M. trossulus и M. galloprovincialis рассматриваются как отдельные виды. Тем не менее, высказываются мнения о том, что только M. trossulus является видом, а остальные следует рассматривать в ранге подвидов (Kartavtsev et al., 2005), но это утверждение может быть отнесено только к исследуемому региону. Причиной большинства таксономических споров в данной группе видов является генетическая и морфологическая близость трех номинально признаваемых видов таксона. Осложняет ситуацию также то, что особи этих видов имеют зоны симпатрии и дают гибридные формы друг с другом в различных районах Мирового океана (Скурихина и др., 2001; Heath et al., 1995; Inoue et al., 1997; Kartavtsev et al., 2005). В частности, в зал. Петра Великого Японского моря образована гибридная зона M. trossulus и M. galloprovincialis (Скурихина и др., 2001; Hilbish et al., 2002; Kartavtsev et al., 2005, 2018). На основании генетико-биохимических методов выявлено преобладание в поселениях мидий особей местного вида M. trossulus (Kartavtsev et al., 2005, 2018). Однако в поселениях зал. Посьета не только выявлена значительная доля вида-интродуцента M. galloprovincialis, но и показан довольно значительный рост доли гибридов этих двух видов (Шепель, 2010; Картавцев и др., 2014). В составе южноприморской малакофауны этот вид чаще встречался в форме гибридов с M. trossulus (Ivanova, Lutaenko, 1998).

В связи с вышеперечисленным встает вопрос о возможной видоспецифичности микроэлементного состава мягких тканей этих двух видов и их гибридных форм. Однако данный важный аспект при использовании этих видов в мониторинге тяжелых металлов в прибрежных водах северо-западной части Тихого океана до сих пор не изучался.

Цель данного исследования – сравнительная оценка содержания ряда тяжелых металлов в тканях M. trossulus и M. galloprovincialis и их гибридных форм из общего района обитания в б. Миноносок зал. Петра Великого Японского моря.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Особи мидий Mytilus trossulus и M. galloprovincialis, а также их гибридных форм были собраны 20 октября 2019 г. из обрастания канатов заброшенной коллекторной установки для выращивания гребешка в б. Миноносок зал. Петра Великого (42˚36′57″ С 130˚51′84″ В) (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема района проведения работ в б. Миноносок зал. Петра Великого. Черный кружок – место отбора проб моллюсков.

Определение отобранных мидий и их гибридных форм проводили по морфологическим признакам (Кепель, Озолинш,1992; Золотарев, 2002). У M. trossulus призматический слой проходит под всем лигаментом полосой, доходящей до вершины раковины. Нижний край раковины округлый. Отпечаток заднего ретрактора примыкает к кайме (рис. 2а).

У M. galloprovincialis призматический слой не заходит под лигамент. Нижний край раковины угловат. Отпечаток заднего ретрактора отделен от каймы светлой полоской перламутрового слоя (рис. 2б). У гибридных форм призматический слой заходит под лигамент частично (примерно до середины). Отпечаток заднего ретрактора может примыкать или отставать от каймы в зависимости от степени гибридизации (рис. 2в).

Рис. 2. Образцы раковин исследованных моллюсков: а – Mytilus trossulus (L = 32.9 мм), б – M. galloprovincialis (L = 35.9 мм), в – гибридные формы (L = 52.3 мм).

Годовалых моллюсков отбирали с глубины 2−3 м по 25 экз. для каждой группы. Гонады всех отловленных особей находились в постнерестовом состоянии. У каждого отобранного экземпляра взвешиванием определяли массу сырой (WW, г) и сухой ткани целиком (DW, г), а также массу створок (SW, г). Кроме того, штангенциркулем измеряли длину створки (L) моллюсков (L, мм) (табл. 1).

Таблица 1. Размерно-весовые характеристики Mytilus trossulus, M. galloprovincialis и их гибридных форм (n = 25)

* Достоверно различающиеся значения (при p = 0.05).

Примечание. Условные обозначения: L – длина створок, SW – масса створок, DW – cухая масса ткани целиком, CI – индекс кондиции.

Кондиционный индекс рассчитывали по следующей формуле: $CI=\frac{WW}{SW}\times 100$, где CI – индекс кондиции, %; WW – масса сырой ткани; SW − масса створок моллюсков (Davenport, Chen, 1987).

Для микроэлементного анализа 25 отобранных мидий объединяли в пять проб по 5 экз. в каждой, которые далее анализировали как отдельные. Мягкие ткани мидий сушили при температуре 85 ˚С до постоянной массы, затем гомогенизировали, растирая в агатовой ступке. Навеску 0.5 г минерализовали концентрированной азотной кислотой в микроволновой установке Mars-6 и переводили в раствор 1М HNO₃. Определение количества металлов проводили методом атомноабсорбционной спектрофотометрии (ААС) на приборе Shimadzu 6800 с пламенной и электротермической атомизацией в лаборатории геохимии ТИГ ДВО РАН (Центр коллективного пользования ЦЛЭДГИС). Правильность анализа контролировали регулярным разложением холостых проб и анализом стандартного образца тканей мидий ERM-CE278k. Воспроизводимость стандарта составляла 103−112%.

Средние концентрации металлов в тканях мидий исследованных видов и их гибридных форм сравнивали по непараметрическому критерию Манна-Уитни. Статистические параметры (среднее, стандартное отклонение, коэффициенты корреляции) результатов анализа определяли в программе Excel. Тест на нормальность распределения данных проводили по критерию Шапиро-Уилка, p < 0.05. Факторный анализ был проведен с использованием программы STATISTICA 6.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Данные по размерно-весовым характеристикам исследованных видов моллюсков и их гибридных форм представлены в табл. 1.

Максимальными показателями этих характеристик обладали гибридные формы, которые достоверно отличались длиной и массой раковины, а также массой сухих тканей целиком от своих родительских видов. Кондиционный индекс, напротив, был достоверно меньшим у гибридных форм по сравнению с двумя исследованными видами моллюсков.

Данные по содержанию исследованных металлов в мягких тканях целиком двух видов мидий и их гибридных форм приведены на рис. 3.

Рис. 3. Средние концентрации металлов (мкг/г сух. массы) в мягких тканях целиком (n = 5): 1 – Mytilus trossulus, 2 – M. galloprovincialis, 3 – гибридные формы.

Достоверных различий в накоплении Fe и Cd в тканях всех исследованных групп моллюсков не выявлено. Что касается различий в содержании Zn, то этот металл в достоверно меньших количествах накапливался в тканях средиземноморской мидии Mytilus galloprovincialis, по сравнению с тихоокеанской M. trossulus и гибридными формами. Средние концентрации Cu, Mn, Pb и Ni в тканях двух исследованных видов мидий не имели достоверных различий, но их содержание в мягких тканях гибридных форм отличалось достоверно более низкими уровнями, по сравнению с родительскими видами (рис. 3).

Для изучения взаимосвязи между накоплением исследованных металлов и размерно-весовыми характеристиками створок и тканей моллюсков был проведен корреляционный анализ. Коэффициент корреляции Пирсона был рассчитан с использованием простого линейного регрессионного анализа. В целом, коэффициенты более 0.60 были статистически значимыми с вероятностью p < 0.05 (табл. 2).

Таблица 2. Коэффициенты корреляции Пирсона для исследованных металлов в тканях Mytilus trossulus, M. galloprovincialis и их гибридных форм, а также размерно-весовых характеристик их раковин и тканей

Примечание. Жирным шрифтом выделены статистически значимые значения с вероятностью p < 0.05. Условные обозначения: CI – индекс кондиции, %; L – длина створок, мм; SW – масса створок, г; DW – cухая масса ткани целиком, г.

Для Fe, Zn и Cd не выявлено достоверных связей между исследованными параметрами. Содержание Cu положительно значимо коррелировало с уровнями концентрации Mn и Pb, и отрицательно со всеми исследованными размерно-весовыми характеристиками. Уровень накопления Mn в тканях моллюсков также положительно коррелировал с содержанием в них Cu, Pb и Ni, и отрицательно со всеми исследованными размерно-весовыми характеристиками (табл. 2). Длина, масса створок и сухая масса тканей целиком закономерно положительно коррелировали между собой с самыми высокими коэффициентами (0.96 и 0.98) и отрицательно с индексом кондиции. Тестирование не показало значимой зависимости накопления всех исследованных металлов, за исключением Pb, от индекса кондиции (табл. 2).

Факторный анализ выявил три значимых фактора варимакс (с собственным значением больше 1), которые объясняли 84.8% общей дисперсии всех исследованных параметров. Самый значительный фактор (1), объясняющий 55% общей дисперсии, имел высокие значения нагрузки (более 0.7) c четырьмя металлами (Cu, Mn, Pb и Ni) и всеми размерно-весовыми характеристиками, за исключением индекса кондиции. Второй по важности фактор (2), объясняющий 18.9% общей дисперсии, имел высокий коэффициент корреляции с Fe. Фактор (3), объясняющий 10.9% общей дисперсии, имел тесную связь только с Zn (табл. 3).

Таблица 3. Нагрузки факторов, полученных методом главных компонент и вращением квартимакс при анализе концентраций металлов и размерно-весовых характеристик раковин и тканей исследованных моллюсков

Примечание. Жирным шрифтом выделены нагрузки, превышающие 0.7 (50% и более дисперсии переменной объясняется данным фактором). Условные обозначения: CI – индекс кондиции, %; L – длина створок, мм; SW – масса створок, г; DW – сухая масса ткани целиком, г.

ОБСУЖДЕНИЕ

В б. Миноносок максимальное развитие гонад у мидий наблюдается в мае, когда гонадный индекс достигает 32−48%. Нерест начинается в мае при температуре воды на поверхности 9−11 ˚С и продолжается до августа. Посленерестовая стадия наступает в сентябре. Личинки в планктоне появляются в первой декаде июня при температуре воды 12−15 ˚С. Период развития от момента оплодотворения до стадии оседания в зал. Посьета в среднем составляет 30 сут. К концу сентября оседание на субстрат завершается. Темпы линейного роста и массы тела мидий подвержены сезонным колебаниям. С ноября по апрель рост замедленный и прекращается при температуре воды ниже 7 ˚С. Кратковременное снижение темпов роста отмечается в сентябре, в период после нереста. Наиболее интенсивно моллюски растут весной и летом. Наибольшей скоростью роста отличаются молодые мидии. Если в августе средний размер раковины у них 2−4 мм, то в сентябре уже 6−7 мм, в октябре 14−15 мм, к ноябрю молодые особи достигают размеров 21−24 мм, а к весне первого года жизни средний размер раковины достигает 40−55 мм (Шепель,1986).

Полученные нами данные о размерно-весовых характеристиках исследованных видов моллюсков и их гибридных форм (табл. 2) хорошо согласуются с ранее полученными экспериментальными результатами по выращиванию гибридных форм этих мидий, отобранных в зал. Посьета (Шепель, 2010). Этим автором в эксперименте было показано, что гибридные формы исследованных видов имели более интенсивный рост как мягких тканей, так и раковины. Далее по этим показателям следовала средиземноморская мидия Mytilus galloprovincialis, а минимальная интенсивность роста была характерна для тихоокеанской мидии M. trossulus. Однако по индексу кондиции именно M. trossulus имела максимальные показатели, прежде всего, за счет крайне низкого значения массы раковины (табл. 1). При использовании мидий в качестве организмов-мониторов именно индексу кондиции уделяется важное внимание (Azizi et al., 2018). Но проведенная нами проверка не выявила значимой зависимости накопления в тканях моллюсков всех исследованных металлов (за исключением Pb) от этого показателя.

Одним из основных факторов, определяющих биоаккумуляцию металлов и скорость их экскреции, является интенсивность роста моллюсков, которая, как правило, видоспецифична (Wang, Fisher, 1997; Cubadda et al., 2001; Azizi et al., 2018). По литературным данным у моллюсков рода Mytilus наиболее распространенной является отрицательная связь содержания металлов с массой их тела или отсутствие такого рода связи для отдельных металлов (Riget et al., 1996; Wang, Fisher, 1997; Mubiana et al., 2006). Принято считать, что снижение концентрации металла у более крупных особей частично вызвано эффектом разбавления из-за неравномерной скорости роста, по сравнению с накоплением металла (Кавун, 1994; Newman, 1995).

Выявленные нами достоверно более низкие уровни содержания Cu, Mn, Pb и Ni в мягких тканях гибридных форм, несомненно, являются следствием их более интенсивного роста, что подтверждается результатами корреляционного и факторного анализов (табл. 2 и 3). Эти данные, как и отсутствие подобной связи для других исследованных металлов, хорошо согласуются с результатами работ других авторов. Интенсивный рост гибридных форм проявляется уже на стадии личинки, что и обеспечивает их более раннее оседание на субстрат (Шепель, 2010). Поэтому гибридные формы, осевшие раньше родительских видов на субстрат, и опережали их в росте. Бесспорно, этим фактом обусловлена значительная достоверная разница в интенсивности роста исследованных нами одновозрастных групп моллюсков. Достоверные различия накопления Zn в тканях двух исследованных видов мидий можно признать видоспецифичными. Отсутствие связи между накоплением этого металла и размерно-весовыми характеристиками, а также результаты факторного анализа (выделение Zn в отдельную группу) позволяют нам сделать такого рода заключение. Очевидно, более низкие уровни содержания цинка в тканях M. galloprovincialis (77 мкг/г сух. массы) являются результатом контроля над его накоплением в организме. Дополнительным аргументом для такого вывода являются наши неопубликованные данные о подобных различиях в накоплении цинка в тканях этих двух видов мидий из прибрежных вод о-ва Большой Пелис, отобранных на одной станции в 2019 г. (198 и 75 мкг/г сух. массы соответственно). Такого рода строгая регуляция Zn выявлена в тканях разных видов моллюсков (Подгурская, Кавун, 2012; George et al., 1978; Medas et al., 2018; Kavun, Podgurskaya, 2023), но до сих пор причины и механизмы контроля над содержанием этого металла в организме моллюсков не исследованы. Вероятно, содержание Zn в мягких тканях M. galloprovincialis также регулируется на уровне 80 мкг/г сух. массы. Однако для проверки факта строгого регулирования накопления Zn в тканях средиземноморской мидии M. galloprovincialis требуется дополнительное исследование и в других совместных районах обитания этих видов.

Таким образом, проведенная сравнительная оценка содержания Fe, Zn, Cu, Cd, Mn, Pb и Ni в мягких тканях двустворчатых моллюсков M. trossulus, M. galloprovincialis и их гибридных форм из б. Миноносок зал. Петра Великого (Японское море) показала, что последние имели более интенсивный рост и на этом фоне накапливали достоверно меньшие концентрации Cu, Mn, Pb и Ni по сравнению с родительскими видами. Выявлена достоверная отрицательная корреляционная связь между накоплением этих металлов в тканях моллюсков и длиной и массой их раковин. M. trossulus, имевшая достоверно меньшие длину и массу створок, отличалась от M. galloprovincialis накоплением достоверно больших концентраций Zn. При этом не обнаружено связи его содержания со всеми исследованными размерно-весовыми характеристиками. Проведенное тестирование не выявило значимой зависимости накопления всех исследованных металлов (за исключением Pb) от индекса кондиции у всех исследованных групп моллюсков. Полученные результаты указывают на необходимость учета особенностей микроэлементного состава мягких тканей моллюсков при использовании их в мониторинге загрязнения среды тяжелыми металлами.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор благодарит сотрудников ННЦМБ ДВО РАН Е.Б. Лебедева и А.А. Кепеля за отбор проб моллюсков и их видовое определение, а также за помощь, оказанную при оформлении рукописи к печати. Автор выражает искреннюю признательность руководителю ЦКП ЦЛЭДГИС ТИГ ДВО РАН д-ру геогр. наук В.М. Шулькину и вед. инженеру Лаборатории геохимии Г.А. Власовой за помощь в проведении анализа проб моллюсков на содержание в них тяжелых металлов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета Национального научного центра морской биологии им. А.В. Жирмунского в рамках темы гос. задания № 1021062912499-0 “Динамика морских экосистем, адаптации морских организмов и сообществ к изменениям среды обитания”. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Все экспериментальные процедуры с животными, необходимые для проведения данного исследования, были одобрены комиссией по биомедицинской этике Национального научного центра морской биологии ДВО РАН (выписка из заседания комиссии № 2-201123 от 20 ноября 2023 г.).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Автор данной работы заявляет, что у него нет конфликта интересов.

Об авторах

В. Я. Кавун

Автор, ответственный за переписку.
Email: vkavun11@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4739-4951
Россия, Владивосток, 690041

Список литературы

Дополнительные файлы

Доп. файлы

Действие

1. JATS XML

Скачать

2. Рис. 1. Карта-схема района проведения работ в б. Миноносок зал. Петра Великого. Черный кружок – место отбора проб моллюсков.

Скачать (28KB)

Метаданные

3. Рис. 2. Образцы раковин исследованных моллюсков: а – Mytilus trossulus (L = 32.9 мм), б – M. galloprovincialis (L = 35.9 мм), в – гибридные формы (L = 52.3 мм).

Скачать (30KB)

Метаданные

4. Рис. 3. Средние концентрации металлов (мкг/г сух. массы) в мягких тканях целиком (n = 5): 1 – Mytilus trossulus, 2 – M. galloprovincialis, 3 – гибридные формы.

Скачать (25KB)

Метаданные