Осиовы гидроэкологии

ты не могут из-за их большого размера, :кроме того, их отпугивают э:кзометаболиты. Рыбы избегают скоплений синезеленых водорос­

лей по тем же причинам. Из представителей аборигенной ихтио­

фауны Днепра практически ни один вид не потребляет синезеле­

ные водоросли, что дает им возможность размножаться соответ­

ственно своему огромному биотическому потенциалу.

Итак, «цветение• водыэто экасистемное явление, связанное, прежде всего, с иреобразованием лотичес:ких экасистем в ленти­ ческие и имеющее глубокие ::корни в эволюционной истории гид­

росферы.

Значительный вклад в выяснение биологической сущности

процесса «цветение воды•, его причин и закономерностей сделан коллективом ученых Института гидробиологии Академии наук Украины во главе с академиком А.В. Топачевс:ким.

Глава 22. Токсическое загрязнение и его последствия

для водных экосистем

22 .1. Источники токсического загрязнения

Одним из наиболее негативных проявлений антропогенного

влияния на водные экасистемы и гидросферу в целом является

химическое загрязнение, ::которое может приводить к отравлению

водной среды и ее живого населения. Из химических веществ, поступающих в водоемы со сточными водами (то:кси:когенным

стоком) и атмосферными осадками, большая часть оказывается

токсичной для гидробионтов. Вещества, обладающие таким

действием, называют т01ссшсантами, а сам процесс поступления

ядовитых веществ в водные объекты - токсификацией.

Токсические вещества бывают естественного происхождения и

синтезированные человеком. Последние называются ксенобиотики. Отравленная таксикантами вода из среды жизнеобеспечения превращается в среду токсическую, т. е. агрессивную, враждеб­ ную для нормального существования гидробионтов. В такой среде

биологические процессы протекают по иным закономерностям. Существенным образом изменяются процессы формирования и

динамика популяций и структура гидробиоценозов.

Перечень ксенобиотиков, поступающих в наземные и водные

э:косистемы, с каждым годом растет. По данным международных прирадоохранных организаций :количество синтезированных и

выделенных из естественных источников токсических веществ

уже превысило 6 млн и продолжает возрастать ежегодно прибли­

зительно на 5 % . Некоторые из них влияют на наследственность

402

Раадел. '!-'Антропогенное. влияние на водные эн:осисте.мы

водных животных, провоцируют возникновение опухолей (у рыб) и рождение уродливых особей.

Сточные воды промытленных предприятий, как правило, со­

держат целый комплекс таксикантов разной химической природы.

Основные токсические компоненты сточных вод различных

производств приведены ниже.

Влияние таксикантов на водные экасистемы имеет комплекс­

ный характер, а роль отдельных компонентов не нсегда можно

выделить и оценить. Сельскохозяйственный сток с полей содер­ жит главным образом остатки пестицидов, минеральные и орга­ нические удобрения. На протяжении последних десятилетий за­

грязнения водных экасистем остатками пестицидов было одной из острейших проблем. Таксиканты поступали в водоемы с сель­

скохозяйственным стоком, после массовых авиаопылений полей,

со сточными водами предприятий, перерабатывающих сахарную

свеклу и предприятий, производящих инсектициды.

403

Основыгидраэкологии

Химические предприятия разных стран продолжают выпус­ кать большое количество новых химических средств защиты рас­

тений, которые поступают и в Украину. Однако их применение ограничено. Эти вещества подлежат предварительному изучению с точки зрения токсичности для человека и окружающей среды.

Создана специальная государственная комиссия, дающая разре­

шение на их применение после тщательной экологической и ток­ сикологической оценки.

В 50-80-е гг. ХХ в. в разных странах мира широко применя­

лисЪ биоциды для борьбы с так называемыми вредными, или «сор­ ными», гидробионтами: личинками кровососущих насекомых (инсектициды), клещами (акарициды), водными макрофитами (гербициды), водорослямивозбудителями «Цветения» воды (аль­

гициды), моллюсками (моллюскоциды), «сорными» рыбами (их­ тиоциды). Однако исследования влияния биоцидов на гидробиан­

тов и водные экасистемы в целом показали, что они имеют большое количество нежелательных побочных эффектов и существенным

образом нарушают экологическое равновесие в водоемах, в связи с

чем их применение в последнее время ограничивается или пол­

ностью запрещается.

Кроме загрязнения антропогенного происхождения токсич­ ность водной среды может быть обусловлена жизнедеятельностью самих гидробиантов (естественная токсичность). Так, во время массового развития синезеленых водорослей («цветение» воды) в

водную среду поступает значительное количество токсических

метаболитов, которые могут приводить к гибели зоопланктона и рыб. Среди них наиболее опасны алкалоиды, вызывающие тяже­ лые поражения нервной системы у людей и животных.

Водоросли Microcystis aeruginosa выделяют в воду целый

комплекс токсических веществ, преимущественно пептидной

природы, а Aphanizomenon flos-aquae - вещества, близкие по сво­ ему действию к сакситоксинам динофитовых водорослей. Среди морских представителей токсического фитопланктона наиболее известна золотистая водоросль Prymnesium parvum, вызываю­ щая так называемые красные приливы, а на Атлантическом побе­ режье США стали обычными «бурые приливы•, связюtные с мас­ совым развитием разных видов динофитовых водорослей, боль­

шей частью токсичных.

В Японии (залив Suruga Вау) распространен моллюск Babylonia japonica, из желудочных желез которого выделено несколько токсинов, имеющих бактериальное происхождение.

Тетрадотоксин, которым смертельно отравилось немало людей,

образуется в организме многих видов рыб семейства иглобрюхих,

или скалозубых (Tetradontidae). Этот токсин вырабатывается так­ же многими морскими беспозвоночными. Так, осьминог Hepaloch-

404

Раадел V. Антропогенное влияние на водные экосисте.мы

laena maculosa выделяет его в воду во время охоты, что приводит к обездвиживанию добычи. Этот же токсин образуется в организмах

моллюска Charonia sauliae, морской звезды Astropecten polyacan-

thusi, красной морской водоросли Sania [94].

Изучением влияния токсического загрязнения на гидробион­

тов, их сообщества и экоеистему в целом занимается водная ток­ сикология. Водная токсикология является одним из направлений

антропогенной гидроэкологии, которая изучает миграцию, акку­

муляцию и трансформацию токсических веществ в водных эка­

системах и их влияние на жизнедеятельность гидробиантов на ор­ ганизменном, популяционном и биоценотическом уровнях.

22.2. Реакция гидробионтов на токсическое воздействие

Гидробианты реагируют на таксиканты по-разному, в зависи­ мости от видовой принадлежности, возраста, пола, функциональ­

ного состояния, численности популяции, содержания кислорода в

воде и мно:rих других факторов. Реакция (отклик) гидробиантов на воздействие токсических агентов - интоксикация, или токсичес­ кий эффект, обнаруживается на генном, хромосомном, клеточ­ ном, тканевом, организмеином и надорганизмеином уровнях [36].

Под токсическим эффектом понимают патологические измене­

ния в функционировании организма под влиянием токсикантов.

Он зависит от химической природы отравляющего вещества, его

содержания в окружающей среде, особенностей метаболизма гид­

робиантов конкретного вида, абиотических факторов водной сре­

ды (температуры, содержания в воде кислорода, рН, жесткости воды и др.), а также от продолжительности действия токсиканта.

Водная токсикология сосредоточивает внимание на эффектах

надорганизмеиного (популяционного и биоценотического) уров­ ня. Эффекты на субклеточном уровне являются предметом специ­ альных цитофизиологических исследований, а изучением влия­

ния таксикантов на глубинные процессы в хромосомах и генах за­

нимается токсикогенетика и молекулярная биология.

Токсические эффекты, вызванные на низших уровнях органи­

зации живой материи, обычно нивелируются на более высоких

уровнях и поэтому не всегда обнаруживаются в видимых реакци­ ях гидробионтов, хотя они могут играть очень существенную роль

в процессах наследования генетических признаков и воспроизвод­

ства потомства в более отдаленный период.

У водных растений (микро-, макроводорослей и макрофитов)

наиболее показательной реакцией на токсическое воздействие яв­

ляется снижение интенсивности или полное прекращение фото­

синтеза. Вещества, влияющие таким образом, называются инги-

405

Основыzидроэкологии

битора.ми фотосинтеза. R ним, в частности, относятся тяжелые

металлы (особенно медь и цинк), пестициды и другие хлороргани­

ческие соединения. Под влиянием ингибиторов фотосинтеза у

водных растений возможны два типа реакций: а) угнетение фото­

синтеза и возрастание интенсивности дыхания как проявление

деструкционных процессов; б) полное угнетение как фотосинтеза так и дыхания, вследствие чего растение погибает. При этом в во­ доемах возникает кислородный дефицит и погибают животные.

Высшие водные растения проходят различные стадии отмира­ ния: вначале изменяется окраска листьев- с зеленой на желтую, бурую или коричневую, затем листья вянут, теряют тургор, и их масса постепенно разлагается. Одноклеточные водоросли подвер­

гаются лизису, а продукты их разложения растворяются в воде.

Отличить живые клетки водорослей от мертвых и разлагаю­ щихся можно с помощью специальных красителей или люминес­

центной микроскопии: живые клетки светятся ярко-красным

цветом, поврежденныемалиновым, мертвыезеленым.

У животных (беспозвоночные, рыбы, высшие водные позвоноч­ ные) острое отравление чаще всего заканчивается смертью орга­

низма, тогда как при хроническом отравлении возникают разного

рода нарушения жизнедеятельности. Токсикозы (или •химичес­

кая болезнь») изучены довольно полно лишь у теплокровных жи­ вотных, в меньшей степени -у рыб и почти совсем не исследованы у беспозвоночных. Важным признаком хронического отравления беспозвоночных является снижение плодовитости ряда поколе­

ний, что определяется при проведении специальных длительных

(хронических) экспериментов с применением довольно сложных

методов.

Большое значение в процессе интоксикации гидробиантов имеет концентрация токсикантов. Высокие концентрации вызы­

вают острую интоксикацию, приводящую к гибели гидробиантов

за короткое время: часы, минуты и даже секунды. Гибели живот­

ных, как правило, предшествуют судороги, торможение или

кратковременное ускорение движения в воде, изменение положе­

ния тела (у рыбдвижение «На боку», положение животом квер­

ху), асфиксия, выпрыгивание из воды. Иногда у животных изме­ няется окраска тела. У ветвистоусых ракообразных, для которых

характерно партеногенетическое размножение, могут наблюдать­ ся абортпрованне (выброс) яиц и эмбрионов, вращательные дви­ жения тела вокруг своей оси.

Невысокие концентрации таксикантов на первых этапах воз­

действия могут оказывать стимулирующее влияние на гидроби­ онтов: у водорослей и высших водных рас•rений усиливается фо­ тосинтез, у беспозвоночных увеличивается подвижность, может даже возрастать плодовитость, рыбы проявляют признаки воз-

406

Раадел V. Антропоzенное влияние на водные эн:осистемы

буждения. Но такие явления временны и быстро сменяются пато­ логическими признаками. Развитие интоксикации, как правило,

проходит три стадии: стимуляция, депрессия и гибель.

Концентрация таксиканта и время его влияния на организм

связаны между собой простой зависимостью (уравнение Хабера):

Т= C·t,

где Т- токсичность, С - концентрация, t - время воздействия токсиканта. Как вытекает из этого уравнения, низкие концентра­

ции за продолжительное время, в конечном итоге, влияют так же,

как и высокие за короткое время.

Рыбы и беспозвоночные животные могут длительное время на­

капливать яд в своих органах и тканях. У рыб токсические веще­

ства большей частью аккумулируются в печени, селезенке, жиро­ вой ткани, вообще в липидах, в которых они хорошо растворимы (в частности, хлорорганические пестицидыДДТ, гексахлоран).

У моллюсков токсяканты накапливаются в мантийной полости, в

ноге (у двухстворчатых моллюсков) и гепатопанкреасе. Некото­

рые токсяканты аккумулируются в мышцах.

Вследствие накопления токсякантов у рыб развивается куму­

лятивньtй токсикоз. При резких перепадах температуры воды,

дефиците кислорода, в преднерестовый период и во время нереста

аккумулированный яд может переходить в кровь и вызывать ост­

рое отравление. Например, осетровые рыбы, осуществляющие да­

лекие нерестовые миграции и проходящие через загрязненные

токсическими веществами акватории, погибают почти сразу пос­

ле начала виметывания икры. Хищные рыбы (судак, щука, же­

рех, окунь) могут продолжительное время накапливать хлорорга­ нические пестициды, но погибают в половозрелом возрасте во

время нереста, когда накопленный яд попадает в кровь и голов­ ной мозг [9].

Рыбы и крупные беспозвоночные, ослабленные вследствие ку­

мулятивного токсикоза, чаще становятся жертвами хищников,

поражаются патогенными микроорганизмами, а также менее спо­

собны противодействовать экто- и эндопаразитам. У рыб возника­ ют токсикопаразитозы, то есть смешанные заболевания, в кото­

рых токсяканты и паразиты ослабляют хозяина и вызывают его

гибель. При массовых токсикопаразитозах рыбное хозяйство не­ сет значительные убытки.

Кумулятивный токсикоз может возникать не только вслед­

ствие прямого поглощения токсякантов из воды. Одной из специ­ фических особенностей водных экосистем является передача ток­ сикантов по трофическим цепям: от водорослей и простейших, ус­ ваивающих химические вещества из окружающей среды осмотическим путем, к гидробионтам-альгофагам, от них - к мирным рыбам, питающимся планктоном, и далее к хищникам,

407