Основыгидроэкологии

В организме рыб и беспозвоночных железо находится, глав­

ным образом, в форме органических соединений. Его содержание

в тканях и биологических жидкостях у них значительно меньше,

чем у теплокровных животных. Биологическая роль железа свя­

зана с транспортом газов кровью и каталитическим действием в

составе ферментов. У водных животных существуют дыхатель­ ные пигменты, представляющие собой белок (глобин), связанный с простетической группой, или гемом. Последний состоит из че­

тырех пиррольных колец, соединенных в структуру, в центре ко­

торой расположен атом железа. В состав некоторых дыхательных

пигментов вместо атома железа входит атом меди. Железу при­ надлежит чрезвычайно важная роль в механизме связывания кислорода дыхательными пигментами. Из наиболее известных дыхательных пигментов крови (гемоглобин, хлорокруорин, геме­ ритрин и гемоцианин) у водных животных преимущественно

встречается гемоглобин (НЬ) и меньше всего - хлорокруорин. Водные животные разных систематических групп характеризу­

ются не только различными наборами дыхательных пигментов,

но и разным их количеством, что отражается и на содержании в

организме железа. Так, у коловраток, кишечнополостных, мша­ нок, плеченогих, морских ежей, звезд и лилий дыхательных пиг­

ментов вообще нет. У полихет Serpula в крови есть НЬ и хлорокру­

орин, у Spirothrix borealis - хлорокруорин, а у Spirothrix corruga-

tus - только НЬ.

Кислород переносится пигментами благодаря связыванию его железом в простетической группе. При этом одна молекула 0 2 связывается одним атомом железа в гемоглобине и одним- в хло­

рокруорине, двумя атомами железа - в гемеритрине и двумя ато­

мами меди- в гемоцианине.

Содержание пигментов в организме водных животных зависит от особенностей их поведения и экологических условий среды,

прежде всего от степени насыщенности воды кислородом. У более подвижных рыб (форель, судак, скумбрия, ставрида, шпрот) кон­ центрация НЬ и железа выше, чем у малоподвижных донных рыб (скорпена, скат-хвостакол и др.). При продолжительном пребыва­

нии рыб в условиях гипоксии в их крови увеличивается содержа­

ние пигментов (компенсаторная реакция) и железа. Такая адап­

тивная реакция характерна не только для рыб, но и для других

водных животных.

12.3. Медь

В природе медь встречается в свободном состоянии в виде са­ мородков и в составе минералов халькопирита CuFe2 , халькози­

на Cu2S, малахита CuC03·Cu(OH)2, азурита CuC03·2Cu(OH)2 и др.

274

Раздел. III. Абиотические факторы водных экосистем

В соединениях медь имеет степень окисления+1 и +2. Она легко

взаимодействует с галогенами, серой и селеном. Разная валент­

ность ионов меди (Cu+ и Cu2+) обусловливает наличие в природных

водах ее легкорастворимых (CuS04 ) и труднорастворимых (Cu20, Cu2S, CuCl2 ) форм. Образование соединений меди в поверхност­ ных водах зависит от рН воды, наличия в ней растворенных орга­ нических веществ (гуминовых и фульвокислот) и взвешенных

частиц органической и минеральной природы. Растворенная медь

находится преимущественно в связанном состоянии, обусловлен­

ном, в основном, химическими свойствами самого элемента как

сильного комплексообразователя. Наряду с образованием комп­ лексов с органическими веществами, медь может сорбироваться

взвешенными частицами, содержащими гидроксиды металлов

(Fe, Al, Mn), и взаимодействовать с гумусовыми и другими орга­ ническими веществами. Определенная ее часть в водоемах адсор­

бируется на взвешенных глинистых минеральных частицах, с ко­

торыми оседает на дно. Значительное количество меди ассимили­

руется планктонными организмами, в составе которых она

принимает участие в круговороте веществ в водных экосистемах.

Около 30-50 % общего количества меди, которая поступает с реч­ ным стоком в днепровские водохранилища, сорбируется взвешен­ ными частицами, постепенно оседающими на дно. Поэтому в дон­ ных отложениях водохранилищ меди значительно больше, чем в

толще воды.

В первые годы после образования Киевского водохранилища

концентрация растворенных форм меди, выносившихся из него,

была выше поступающих с водой притоков. Такой положитель­

ный баланс явился следствием десорбции меди с затопленных

почв. Со временем в донных отложениях накапливались значи­

тельные запасы меди, что, в свою очередь, приводило к возраста­

нию ее концентрации в воде.

Существуют определенные особенности формирования балан­

са меди в верхнем, среднем и нижнем течении зарегулированного

Днепра. Они обусловлены влиянием вышерасположенных в кас­ каде водохранилищ на нижерасположенные. Так, из Каневского

водохранилища в Кременчугское поступает, кроме растворен­

ных, значительное количество взвешенных форм меди, большин­

ство которых постепенно оседает на дно. Общий баланс форм ме­ ди в этом водохранилище определяется, главным образом, их ак­ кумуляцией в донных отложениях.

Содержание меди в воде рек зависит от особенностей формиро­

вания их водного режима. Так, в верхнем Днестре, водность кото­

рого определяется количеством атмосферных осадков в горных

Карпатах, концентрация меди в разные сезоны года изменяется от аналитического нуля до 3,4 мкгjдм3 , на среднем участке она

275

Основыгидроэкологии

составляет 2,0-2,3, а на нижнем Днестре -1,8-6,3 мкгjдм3• В во­

де Днестровского и Дубоссарского водохранилищ этот показатель

равен соответственно 1,3-2,2 и 1,5-3,0 мкг/дм3 • В связи с умень­

шением скорости течения в водохранилищах значительное коли­

чество взвешенных частиц вместе с адсорбированной на них

медью оседает на дно, где ее концентрация соответственно повы­

шается. Так, в донных отложениях Днестровского водохранили­ ща содержание меди достигает 17,3-22,3; а Дубоссарского -

8,3-13,3 мгjкг (табл. 7).

Таблица 7. Содержание меди в воде (мкгjдм3) и донных отло­

жениях (мгjкг сухой массы) некоторых водных объектов Украи­

ны [61, 62]

Прим.ечание. Указаны предельные величины концентрации.

В воде озер и прудов на содержание меди влияет характер дон­ ных грунтов. Кроме того, значительная разница в ее концентра­

ции наблюдается по сезонам года. Так, при весеннем таянии сне­ гов медь вымывается, а осенью, наоборот, накапливается в грун­

тах за счет отмирания растительной биомассы. В летние месяцы содержание меди может быть даже ниже, чем весной. Это обус­

ловлено ее утилизацией гидробиантами на протяжении вегетаци­

онного периода.

Из высших водных растений наибольшей аккумулирующей способностью по отношению к меди отличаются сальвиния, рдеет

пронзеннолистный, а наименьшей - тростник обыкновенный.

Особенно интенсивно накапливают медь макрофиты с хорошо

развитой корневой системой.

В организме рыб максимальное количество меди сосредоточе­

но в печени - органе, в котором наиболее интенсивно протекают

276

Раадел Ill. Абиотические факторы водных экасистем

биоэнергетические и биосинтетические процессы. Так, тканевое со­ держание меди в печени леща достигает в среднем 26-27, в мыш­ цахоколо 1,0, а у жерехасоответственно 50-53 и 0,3-0,6 мг на 1 кг сухой массы.

У осетровых рыб концентрация меди в печени самая высокая по сравнению с другими внутренними органами. Так, у осетра она

составляет в печени 114, в крови - 41,1, а у севрюги - соответ­

ственно 191 и 9, 73 мг на 1 кг сухой массы. Содержание меди у

хрящевых (осетровых) рыб значительно выше, чем у костистых (лещ, жерех).

В организме гидробиантов медь играет важную роль в метабо­ лических процессах. Она входит в состав многих ферментов и

выступает как катализатор окислительно-восстановительных ре­

акций. Некоторые ее соединения с белками используют молеку­

лярный кислород в качестве акцептора электронов. Это относится

в частности, к церулоплазмину, принимающему участие в пере­

носе кислорода в плазме крови, а также цереброкупреину- в его запасании в мозговых тканях позвоночных животных. Известна роль меди в процессах кроветворения, синтеза пигментных бел­ ков (с участием железа) и в транспорте кислорода. Среди медьсо­

держащих ферментов, участвующих в окислительно-восстанови­

тельных процессах, ключевую роль играет цитохромоксидаза,

катализирующая завершающий этап тканевого дыхания. Функ­ ция меди в каталитических реакциях тесно связана с функцией таких биологически активных веществ, как гем, пиридоксип и аскорбиновая кислота.

К содержанию меди в воде высокую чувствительность прояв­

ляют водоросли многих таксономических групп. Зеленые водо­

росли переносят довольно высокие концентрации этого металла в

воде, а синезеленые и диатомовые менее устойчивы к альгицидно­

му действию меди. Сравнение отдельных групп водорослей по

способности к накоплению меди не дает однозначного ответа на вопрос, что лежит в основе их разной чувствительности к действию этого микроэлемента. Так, при близких концентрациях меди в воде содержание этого металла в клетках водорослей не за­

висело от их чувствительности к нему.

Учитывая чувствительность синезеленых водорослей к меди,

неоднократно проводились исследования с целью применепил ее

соединений (преимущественно Cu804 ) для борьбы с (<цветением»

воды. Медь в концентрации 50 мкгjдм3 и выше угнетает фотосин­

тез или вызывает гибель (лизис) водорослевых клеток. Но посте­

пенно фотосинтез восстанавливается до исходного уровня, и

опять начинается массовое развитие водорослей. В естественных

водоемах медь образует с органическими веществами комплекс­

ные соединения, снижающие ее токсичность по отношению к во-

277