Байкальские губки – биоиндикаторы загрязнения озера тяжелыми металлами
Байкальские губки – уникальные живые организмы, очищающие воду с помощью фильтрации. В последние годы на Байкале значительно возросла антропогенная нагрузка: по акватории активно курсируют моторные суда и по берегам разрастаются поселки. В связи с этим в воду попадает все большее количество загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов. Поскольку губки питаются с помощью фильтрации, они способны накапливать эти загрязняющие вещества, даже если они содержатся в воде в небольших количествах. Особенно ярко эта способность проявляется при загрязнении воды тяжелыми металлами. Как показало исследование, определяя с помощью нейтронно-активационного анализа и атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой элементный состав байкальских эндемичных губок, собранных в местах с разной антропогенной нагрузкой, можно оценить уровень загрязнения озера тяжелыми металлами в этих частях акватории.
Исследование байкальских губок проводили в сотрудничестве двух подразделений ОИЯИ (cектора Молекулярной генетики клетки (СМГК) ЛЯП и сектора Нейтронно-активационного анализа и прикладных исследований (СНААПИ) ЛНФ), Лимнологического института СО РАН (ЛИН СО РАН) и Бухарестского университета.
Это исследование – пилотное, его основная цель – изучить, пригодны ли байкальские эндемичные губки для биоиндикации загрязнения озера тяжелыми металлами, или нет. Для этого в ходе летних экспедиций ЛИН СО РАН были отобраны образцы воды, грунта и губок вида L. baikalensis в двух районах озера Байкал: в районе поселка Листвянка и в районе поселка Большие Коты. Образцы были заморожены и отправлены в ОИЯИ для исследования. Здесь губки были поделены на сегменты, высушены и проанализированы. Перед учеными стояло множество вопросов. Как разные элементы распределяются внутри тела губки и есть ли какие-то закономерности в этом распределении? Насколько сильно концентрации элементов в губке варьируют в одном районе сбора образцов и внутри вида в целом? Для каких элементов в губках наблюдается биоаккумуляция? Благодаря тесному сотрудничеству двух лабораторий ОИЯИ, Лимнологического института СО РАН и Бухарестского университета были получены ответы на все поставленные вопросы.
«Это было захватывающе: планирование и проведение исследования при участии коллег из крупных институтов, взаимодействие специалистов мирового уровня. Вот где я увидела настоящую командную работу!» – вспоминает Алена Яхненко, сотрудник СМГК ЛЯП ОИЯИ и ЛИН СО РАН.
Озеро Байкал – древнее рифтовое озеро. В нем сосредоточено 20% мировых запасов пресной воды. Байкал – объект всемирного наследия ЮНЕСКО. Более 50% видов растений и животных Байкала – эндемики, то есть не встречаются больше нигде в природе. Необходимость сохранения озера не вызывает сомнений. Особенно учитывая, что в последние годы на Байкале наблюдаются заболевания губок, их массовая гибель, массовые выбросы спирогиры, изменения в видовом составе планктона, что говорит об ухудшении состояния экосистемы озера. Для наблюдения за экосистемой на Байкале широко применяются самые современные методы. Одним из таких методов является использование биоиндикаторов. Биоиндикаторы – это организмы, по изменению состояния которых можно отслеживать состояние окружающей среды. В водных экосистемах в качестве биоиндикаторов часто используют организмы, способные фильтровать воду. Именно эта особенность позволяет таким организмам накапливать загрязняющие агенты, которые присутствуют в воде даже в небольшом количестве, а также реагировать на них в числе первых. Губки – организмы-фильтраторы, и в морских экосистемах с успехом применяются для изучения загрязнения экосистем токсичными веществами, в том числе и тяжелыми металлами. Однако на Байкале таких исследований ранее не проводилось.
«Озеро Байкал – одно из самых красивых мест на планете. Мы с большим интересом подключились к работе по определению элементного состава байкальских губок, совершенно нового для нашего сектора объекта исследования. Полученные результаты позволили нам ответить на заранее поставленные в исследовании вопросы, подготовить и опубликовать интересную статью, а также стали началом нового сотрудничества двух лабораторий ОИЯИ, Лимнологического института СО РАН и Бухарестского университета. Я уверена, что наша совместная деятельность будет продолжаться», – рассказывает Инга Зиньковская, начальник СНААПИ ЛНФ ОИЯИ.
В ходе исследования ученые выяснили, что внутри тела губки разные элементы распределены неодинаково. Например, концентрация алюминия, марганца и урана в ближайшем к субстрату сегменте губки оказалась значительно выше, чем в остальных сегментах, тогда как для меди и свинца такая тенденция не наблюдалась. Изучение этого вопроса очень важно, потому что если губки будут использоваться в качестве биоиндикаторов, то необходимо точно знать, какую часть их организма надо анализировать для получения достоверных и воспроизводимых результатов. С помощью посегментного элементного анализа губок исследователи выяснили, что наиболее щадящий и подходящий способ отбора образцов – это отбор верхней части одной из веточек губки, что позволит сохранить организм живым и не снизить численность популяции.
Сравнительный анализ элементного состава губок, собранных в двух разных районах, показал, что в заливе Лиственничный содержание Cl, Ca, V, Zn, As, Se, Ba, Cd и Cu было достоверно выше, чем в районе поселка Большие Коты. Для меди, кадмия и брома содержание элементов в губках значительно превышало их содержание в окружающей среде, что говорит о биоаккумуляции химических веществ в этих организмах. Ученые показали, что содержание некоторых токсичных элементов в губках также повышено по сравнению с окружающей средой и уровень накопления взаимосвязан с содержанием таких элементов в окружающей среде.
Таким образом, губки могут успешно применяться в качестве биоиндикаторов загрязнения озера Байкал токсичными элементами. Затем, уже опираясь на полученные в ходе исследования данные, ученые планируют изучить содержание тяжелых металлов в губках из разных районов озера Байкал, в каждой из трех котловин озера, исследовать особенности биоаккумуляции тяжелых металлов еще у четырех видов байкальских эндемичных губок (чтобы выбрать наиболее перспективный вид) и оценить влияние эволюции видов на их способность к биоаккумуляции.
Озеро Байкал в районе п. Большие Коты. Фото Алены Яхненко
Озеро Байкал в районе п. Большие Коты (Иркутская обл.). Фото Алены Яхненко
Панорама акватории озера Байкал в районе поселка Листвянка (Иркутская обл.). Фото Алены Яхненко
Образец губки вида L. baikalensis. Фото Алены Яхненко
Сбор образцов. Фото Михаила Яхненко
Образец байкальской губки с метками сегментации. Иллюстрация из опубликованной статьи в журнале Marine Pollution Bulletin
