Регистрация / Вход
Прислать материал

Ответные реакции рыб разных экологических групп на загрязнение морской среды

Сведения об участнике
ФИО
Руднева Ирина Ивановна
ФИО (на английском языке)
Rudneva Irina Ivanovna
Название организации
ИМБИ им. А.О. Ковалевского
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биоиндикация и химический анализ в экологическом мониторинге
Название доклада
Ответные реакции рыб разных экологических групп на загрязнение морской среды
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Скуратовская Е.Н., Чеснокова И.И., Шайда В.Г. ФГБНУ Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН, Севастополь, Россия,Омельченко С.О., Крымский республиканский институт последипломного педагогического образования, Симферополь, Россия, Залевская И.Н., Крымский федеральный университет им. В.И.Вернадского, Симферополь Россия
Аннотация
Черное море испытывает сильную антропогенную нагрузку, которая в сочетании со специфическими природными условиями ( наличие сероводородной зоны и развитие в связи с этим аноксических явлений в отдельных районах) крайне неблагоприятно влияет на жизнедеятельность морских обитателей. Рыбы, находящиеся на вершине трофической цепи, в наибольшей степени чувствительны к этим воздействиям, что приводит к снижению биоразнообразия, сокращению численности популяций, их репродуктивного потенциала, здоровья и воспроизводства. Прибрежные зоны наиболее подвержены загрязнению, которое прямо или косвенно влияет на гидробионтов. В связи с этим оценка состояния популяций морских рыб, обитающих в прибрежных зонах, представляет несомненный интерес и требует тщательно разработанных мониторинговых программ. При этом используются различные биомаркеры, характеризующие состояние рыб на разных уровнях их биологической организации. Чувствительными биомаркерами являются молекулярные индикаторы, позволяющие определить ранние предвестники негативных изменений ихтиофауны и выявить причины, их вызывающие. К таким биомаркерам относятся параметры, характеризующие состояние окислительного стресса, развивающегося в организме под действием неблагоприятных факторов, уровень активности защитных систем, способствующих адаптации организма к изменяющимся условиям существования, а также показатели, свидетельствующие о патологических изменениях в организме. В то же время отклики рыб на действие факторов различной природы, включая антропогенные, зависит от особенностей их экологии и биологии. В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение содержания тяжелых металлов ( Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, As) в тканях 6 видов прибрежных черноморских рыб, относящихся к разным экологическим группам, и их ответных реакций на состояние среды обитания с помощью биомаркеров, в качестве которых были использованы показатели активности ферментов антиоксидантной системы, аминотрансфераз и холинэстеразы, а также концентрация олигопептидов и окисленных форм белков в крови. Результаты исследований позволили установить различия в накоплении тяжелых металлов в мышечных тканях рыб, зависящие от принадлежности к экологической группе. В наибольшей степени токсичные элементы содержатся в тканях донных и придонных рыб, концентрация этих компонентов ниже в мышцах придонно-пелагических и пелагических форм. Ответные реакции на загрязнение среды обитания выражены более четко также у донных и придонных обитателей, которые могут быть рекомендованы в качестве видов-биомониторов в разрабатываемых программах ихтиомониторинга морской среды. Однако, донные рыбы существенно различаются между собой, и при тестировании следует учитывать особенности их биологии и экологии. Наиболее чувствительными биомаркерами являются показатели содержания окисленных модифицированных форм белков (ОМБ), олигопептидов и GST крови. Уровень ОМБ выше у рыб, обитающих в придонных более загрязненных зонах моря. Кроме того, исследуемые донные формы являются хищниками и ведут оседлый образ жизни, что способствует накоплению в их тканях загрязнителей, приводящих к развитию окислительного стресса, повреждению клеток, органов и тканей, функциональным нарушениям. Полученные в данном исследовании результаты позволяют заключить, что биомаркеры крови являются информативными показателями состояния здоровья рыб и среды их обитания и могут быть успешно использованы в мониторинге.
Ключевые слова
рыбы, биомаркеры, адаптации, окислительный стресс, тяжелые металлы, мониторинг, Черное море
Введение

Черное море  испытывает сильную антропогенную нагрузку, которая в  сочетании со специфическими  природными условиями ( наличие сероводородной  зоны и  развитие в  связи с этим аноксических явлений в отдельных  районах) крайне  неблагоприятно  влияет  на жизнедеятельность  морских обитателей (Rudneva, Petzold-Bradley, 2001; Rudneva, 2011)

 Рыбы, находящиеся  на вершине трофической цепи, в  наибольшей  степени подвержены этим воздействиям, которые приводят  к снижению биоразнообразия, сокращению численности  популяций, их репродуктивного  потенциала, здоровья  и  воспроизводства.

 По сравнению с 1950 годом в  1990- е годы биоразнообразие  рыб в севастопольских бухтах снизилось в 2  раза, а их численность – более, чем  в  100 раз ( Коновалов, 1993). Однако, в  настоящее  время ситуация  улучшается, и в Черном море обнаружено 233 вида  рыб ( Болтачев, Карпова, 2012).

Прибрежные зоны наиболее  подвержены загрязнению, которое прямо  или косвенно влияет  на гидробионтов. В  связи с  этим оценка состояния популяций морских рыб, обитающих в  прибрежных зонах, представляет несомненный интерес  и  требует тщательно  разработанных мониторинговых программ.  При  этом проблема заключается  не  только  в  том, чтобы  идентифицировать и  оценить  масштаб происходящих изменений, но и выявить  эффективные  методы прогнозирования последствий трансформаций в  экосистеме по  ответным  реакциям  ее  обитателей.

При  этом используются  различные биомаркеры, характеризующие состояние рыб на  разных уровнях их биологической организации  (Hansson  et al., 2006; Amiard-Triquet, Berthet,  2015). Совершенно  очевидно, что для  этих целей  должны  применяться  такие  биомаркеры, которые адекватно  отражают  состояние организма и влияние  на него различных факторов  среды. Чувствительными  параметрами  являются молекулярные индикаторы, позволяющие определить ранние предвестники негативных изменений ихтиофауны и  выявить  причины, их вызывающие. К  ним относятся биохимические  маркеры, характеризующие состояние окислительного  стресса, развивающегося   в  организме под действием неблагоприятных факторов,  уровень  активности  защитных систем, способствующих адаптации  организма к изменяющимся условиям существования, а  также показатели, свидетельствующие  о  патологических изменениях в  организме

   В  то  же  время отклики  рыб  на  действие факторов  различной  природы, включая  антропогенные, зависит от филогенетического  положения, особенностей их экологии  и  биологии, физиологического  статуса (Hotard & Zou, 2008), а  также  наличия  эффективных систем  защиты и  детоксикации загрязнителей, поступающих из окружающей  среды и  накапливающихся  в  организме. Ранее  мы рассматривали различную адаптивную стратегию рыб  на  примере антиоксидантной  системы, проявляющуюся  в различных условиях загрязнения морской среды (Rudneva, 2012). Дальнейшие  исследования молекулярных механизмов, лежащих в  основе защитных реакций  рыб  на действие  неблагоприятных факторов  среды, имеет  важное  значение  для оценки состояния  экосистем и  экологического  риска.

     Физические  и  химические  изменения, происходящие  в  экосистемах,  вызывают  физиологические  и  биохимические изменения в  организме  рыб. Различные загрязнители, в  том  числе  тяжелые металлы, инициируют  развитие  окислительного  стресса через реакции  Фентона в случае железа, меди и  цинка, которые являются металлами  с  переходной  валентностью, либо посредством связывания  с сульфгидрильными  группами  белков и ингибированием  функции  активного  центра ферментов, в  том числе  антиоксидантных. В  обоих случаях это приводит к  изменению прооксидантно-антиоксидантного  баланса  организма и  нарушение его функционального  состояния. Для защиты от  окислительного  стресса в организме  существует  антиоксидантная  система, представленная ферментами  и  низкомолекулярными  веществами, которые являются  чувствительными  биомаркерами. Помимо этого, активность аминотрансфераз ( аланин- и  аспартатаминотрансфераз) отражает функциональное состояние  печени  и  сердечно-сосудистой  системы, а  активность холинэстеразы служит  чувствительным  индикатором проведения нервного  импульса, которое нарушается  при   наличии в среде органических токсикантов.  Содержание олигопептидов и  окисленных модифицированных форм  белков  в  тканях может  отражать  интенсивность протекания окислительных реакций  и  степень повреждения молекулярных и  клеточных структур.

     В  связи с  этим целью  настоящей  работы явилось сравнительное изучение содержания тяжелых металлов  ( Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, As) в  тканях шести видов  прибрежных черноморских рыб, относящихся  к  разным  экологическим  группам, и  их  ответных реакций на состояние среды  обитания  с помощью указанных выше биомаркеров.

Методы и материалы

      Исследовали следующие массовые черноморские виды рыб:  ставрида Trachurus mediterraneus (Staindachner) (Carangidae) (n= 38), спикара Spicara flexuosa (Rafinesque) (Centracanthidae) (n=35), султанка Mullus barbatus ponticus (Essipov) (Mullidae) (n =25), бычок-кругляк Neogobius melanostomus (Pallas) (Gobiidae) (n=62), бычок-мартовик Mesogobius batrachocephalus (Pallas) (Gobiidae) (n=23), морской  ерш  Scorpaena porcus (L.) (Scorpaenidae) (n=40). Рыб  отлавливали в  прибрежных водах Севастополя     и  немедленно  транспортировали в  лабораторию в  контейнерах с искусственной  аэрацией. Исследуемые рыбы принадлежали в  зависимости  от особенностей их экологии и  биологии принадлежали  к  четырем  экологическим     группам – донной ( морской ерш, бычок-кругляк  и  бычок-мартовик),  придонной ( султанка), придонно-пелагической (спикара) и пелагической (ставрида).

       Донные виды ( морской  ерш, бычок-кругляк и  бычок-мартовик) обитают в придонных слоях воды на  глубине 0.5 -40 м, ведут  оседлый  образ жизни, питаются  бентосными  ракообразными, моллюсками, червями и личинками  рыб. Поскольку  они относятся к  бентосным  организмам и  непосредственно контактируют с дном, где  оседают  токсиканты,  эти  виды могут  рассматриваться  как биомониторы, состояние которых отражает условия жизни в данном  биотопе. Вместе с  тем следует  отметить, что между исследуемыми  видами   имелись  существенные различия.

       Придонные виды, к  которым  относится султанка, обитающая на расстоянии  20-30 см у поверхности  дна. Это относительно  малоподвижный вид, питается ракообразными, червями, моллюсками. Имеет  важное промысловое  значение,  и  по  этой  причине анализ ее  биомаркеров  также важен  для  оценки экологического  состояния морской  экосистемы.

       Придонно-пелагические  виды (спикара) в основном обитают в пелагиали на глубине 5-30 м, ведут также малоподвижный образ жизни. Это всеядный вид. Интересной  особенностью спикары  является способность изменять пол, что, как  правило, происходит в определенный  возрастной  период.  

        Пелагические  рыбы, к которым  относится ставрида, характеризуются высокой подвижностью, активной плавательной  способностью,  мигрируют на  большие  расстояния. Живут  на  глубине 40 м, ведут стайный  образ жизни, хищники. Ставрида в  Черном море  является промысловым  видом, что  определяет значимость  исследований  ее физиологического  состояния

     Прибрежная часть  Севастополя, где происходил отлов  рыб, характеризуется высокой  антропогенной  нагрузкой. В  море осуществляется выпуск вод городских коллекторов и ливневой канализации, развиты интенсивное судоходство и рекреация. На берегах располагаются топливные причалы, судоремонтный завод, объекты коммунального  хозяйства, стоки которых наряду с выпусками хозяйственно-бытовых коллекторов существенно загрязняют морскую среду. Помимо этого, в  бухтах зафиксировано много  несанкционированных выпусков, что в  значительной  степени  ухудшает  ее  экологическое состояние. В воде и грунтах  содержится значительное количество нефтепродуктов, тяжелых металлов, хлорсодержащих углеводородов, биогенов и взвешенных веществ, которые оседают на  дно и концентрируются в  морских организмах,  включая исследуемые виды рыб.

     Кровь  у  рыб отбирали  из хвостовой  артерии с  помощью пастеровской  пипетки, отстаивали  на  холоду  для  отделения  сыворотки, после чего осадок ( эритроциты) промывали  несколько  раз холодным физраствором и  лизировали дистиллированной водой в соотношении 1:5 в  течение  24 час в  холодильнике, затем  проводили биохимические  определения. Мышечную ткань  рыб извлекали на  холоду  и  определяли в ней содержание  тяжелых металлов.

     Концентрацию меди, цинка, свинца и кадмия анализировали атомноабсорбционным  методом на спектрофотометре Hitachi (Япония). Концентрацию мышьяка  в  тканях определяли спектрофотометрическим  методом с использованием Ag-диэтилдитиокарбаматного  реагента при  длине волны 520 нм. Содержание ртути измеряли на атомноабсорбционном спектрофотометре «Юлия-2» ( Россия).

       Определение концентрации олигопептидов в  сыворотке  крови  проводили по методу Карякиной  и  Беловой (2004), окисленных модифицированных форм  белков – по методу Дубининой  и  др. (2000). Активность  антиоксидантных ферментов ( супероксиддисмутазы SOD,  каталазы СAT, пероксидазы PER, глутатионредуктазы GR, а также фермента второй фазы  детоксикации глутатионтрансферазы GST) в эритроцитах крови анализировали на спектрофотометре Specol 211  с  помощью методов, описанных нами  ранее ( Rudneva, 2011): SOD  в  системе НСТ-НАДН-ФМС, PER - по реакции с бензидином, САТ - по реакции  разложения  перекиси водорода при 240 нм, GR -  в системе НАДН -окисленный  глутатион, GST -по накоплению конъюгата 1-хлор-2,4-динитробензола.

      Активность аминотрансфераз (аланин- (АЛТ) и  аспартатаминотрансферазы (АСТ) определяли  спектрофотометрическим методом с  помощью 2,4-динитрофенилгидразина с  использование стандартного  набора реагентов  фирмы  Филисит-Диагностика при  длине волны 500-530 нм. Проводили расчет коэффициента  де  Ритиса, опрпеделяемого как  отношение активности  АЛТ/АСТ.

      Активность холинэстеразы выявляли   на  основе реакции гидролиза ацетилхолинхлорида с использованием  набора реагентов фирмы Филисит-Диагностика, изменение окраски  фиксировали спектрофотометрически.   Концентрацию белка в  сыворотке  крови и гемоглобина в  лизатах эритроцитов определяли  с помощью стандартного  набора  фирмы Филисит-Диагностика.

    Исследования осуществляли  индивидуально  от  каждой  рыбы. Все  биохимические  определения проводили в  двух повторностях для каждого  образца. Статистическую обработку  данных проводили с помощью компьютерной программы EXELL, вычисляли  среднее  арифметическое  и  ошибку  средней. Результаты считали  достоверными  при p<0.05. Корреляции  между исследуемыми  параметрами рассчитывали с помощью программы CURVEFIT (версия 2.10L).

Полученные результаты

    Результаты  исследований позволили установить  различия  в  содержании тяжелых металлов в  тканях рыб ( Табл. 1), имеющие выраженные видовые особенности

Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в мышцах рыб, мг/кг сырой  массы ( M + m)

Виды рыб

Cu

Pb

Cd

Zn

As

Hg

Морской  ерш

0.6±0.1

0.16±0.04

0.036±0.01

5.14±1.25

0.8±0.1

0.06±0.005

Бычок-мартовик

0.66±0.15

0.13±0.03

0.018±0.006

6.87±2.6

3.43±0.69

0.065±0.004

Бычок-кругляк

0.64±0.073

0.088±0.03

<0.01

3.24±0.23

0.92±0.2

0.049±0.004

Султанка

0.48±0.1

0.067±0.015

0.0173±0.003

4.06±0.23

0.66±0.2

0.05±0.01

Спикара

0.58±0.08

0.084±0.017

0.05±0.02

4.59±0.72

1.1±0.29

0.068±0.01

Ставрида

0.53±0.07

0.084±0.026

0.012

5.41±1.21

0.71±0.24

0.051±0.005

 

    Уровень  меди выше  или имеет  тенденцию к  увеличению у  донных форм по сравнению с  остальными  видами, принадлежащими  к  другим группам. Самая высокая  концентрация  отмечена у бычка-мартовика, тогда как  самая низкая – у  султанки. Повышенные концентрации  свинца  также  установлены  у  донных видов – морского  ерша  и  бычка-мартовика, у остальных тестируемых рыб  они существенно  ниже. Самое  высокое  содержание кадмия обнаружено  в  мышцах спикары, у  других рыб оно в 1.5-4 раза меньше. Уровень  цинка колеблется  незначительно. Самая высокая концентрация мышьяка определена у бычка-кругляка, у спикары  она в  3  раза ниже, у  остальных видов этот  показатель  колеблется в  пределах 0.66-0.92 мг/кг сырой  массы.  Содержание  ртути  в  тканях рыб невелико и  различается незначительно.

   Таким  образом, установлено, что  содержание меди  и  свинца выше  в  тканях донных видов, тогда как  уровень  остальных исследуемых элементов в мышцах рыб варьирует  в  меньшей  степени. Не обнаружено существенных корреляций  между содержанием тестируемых  элементов в мышцах анализируемых видов.  

    Содержание олигопептидов в сыворотке  крови, характеризующих уровень  эндогенной  интоксикации в организме, был существенно  ниже у бычка-мартовика и  морского  ерша, тогда как  у  остальных исследуемых видов этот  показатель не  отличался.

    Содержание  продуктов окислительной  модификации  белков сыворотки крови  рыб представлено  в  таблице 2. Этот показатель  выше у  донных видов бычка-кругляка  и  бычка-мартовика, у остальных рыб он  колебался незначительно.

Таблица 2. Содержание  различных форм окисленных белков в  сыворотке крови рыб (М+m)

Виды  рыб

Нейтральные продукты

Основные продукты

ODλ346

ODλ370

ODλ 430

ODλ 530

Бычок-кругляк

5.48±0.34

7.68±0.49

4.62±0.30

0.77±0.05

18.55

Бычок-мартовик

7.14±0.12

9.11±0.14

5.27±0.12

0.55±0.04

22.07

Морской  ерш

2.70±0.20

3.3±0.23

1.76±0.15

0.37±0.04

8.13

Султанка

2.37±0.14

2.72±0.15

1.52±0.08

0.22±0.01

6.83

Спикара

3.16±0.25

3.57±0.30

2.22±0.20

0.48±0.04

9.43

Ставрида

2.28±0.30

2.40±0.28

1.48±0.20

0.37±0.03

6.53

 

     Активность  антиоксидантных ферментов в эритроцитах рыб имела выраженные видовые  особенности и варьировала независимо  от  принадлежности рыб  к   экологической  группе. В  то  же время следует  отметить увеличение более, чем  в 2  раза активности GST- фермента второй  фазы  детоксикации  ксенобиотиков в  эритроцитах донных форм бычка-кругляка  и  бычка-мартовика.

     Самая высокая  активность  аминотрансфераз установлена в  сыворотке  крови бычка-кругляка, у  других рыб она значительно  ниже и  варьировала  в  меньшей степени, хотя и  проявляла  определенные межвидовые различия.

    Наиболее  высокая активность  холинэстеразы обнаружена в сыворотке  крови султанки, у  других рыб  этот  показатель существенно  ниже и  не  различался.

    Таким  образом, результаты  исследований  позволили установить межвидовые различия исследуемых показателей у черноморских рыб, принадлежащих к  разным  экологическим  группам. Известно, что множество факторов, включая абиотические ( физические  и  химические условия среды обитания, температура воды, рН, соленость и  др.), биотические (специфические  черты биологии, пищевое  поведение  и  спектр  питания, плавательная активность и уровень метаболизма), а  также антропогенные ( уровень  загрязнения, хозяйственная активность  в акватории и  др.) могут изменять физиологические  и  биохимические  характеристики  гидробионтов ( Martinez-Alvarez et al., 2005; Sole et al., 2009). Различный  уровень загрязнения биотопов является  причиной  разного  накопления токсикантов в  организме рыб, включая тяжелые металлы  и  органические  компоненты. Принимая  во внимание  особенности  биологии  и  экологии исследуемых видов  черноморских рыб,  в  настоящем  исследовании было проведено сравнение  биомаркеров их крови, так как  биохимические  показатели  крови  в  наибольшей степени  отражают  состояние  здоровья  организма  и  оперативно  реагируют  на  действие  различных неблагоприятных факторов, что важно при  проведении  мониторинговых программ.

     Содержание шести элементов в  мышечных тканях исследуемых видов было сравнимо с  соответствующими  показателями  рыб, обитающих в других водоемах, при  этом значения их концентрации располагались в порядке  убывания Zn>As>Cu>Pb>Hg>Cd.  Следует  отметить, что медь  и цинк  являются  биогенными  элементами,  их содержание   в  организме  регулируется физиологическими  механизмами. Свинец, кадмий  и  ртуть обладают  выраженным  токсичным эффектом, поскольку  эти  элементы способны ковалентно соединяться  с сульфгидрильными  группами  белков и  блокировать  их биологическую активность.

     Полученные результаты позволили выявить межвидовые различия в  содержании  тяжелых металлов у тестируемых черноморских видов. Содержание меди, свинца, мышьяка и  ртути  было достоверно выше  или имело  тенденцию к  увеличению у донных рыб, отловленных в  прибрежной  зоне Севастополя. Это  может  быть  обусловлено как особенностями  питания рыб, так  и  условиями  существования  в  более  загрязненной  среде. Морской ерш  и  оба  вида бычков относятся  к  донным  видам, тогда как  остальные исследуемые рыбы – к придонным, придонно-пелагическим и  пелагическим, которые в  меньшей степени  подвержены влиянию токсикантов, содержащихся  в  донных   осадках, придонных слоях воды   и  пище. В  связи с  этим можно  заключить, что донные виды накапливают  большие количества загрязнителей,   негативно влияющими  на их физиологический  статус, что  было  отмечено  и  другими  исследователями (Sole et al., 2009).

    Токсичные элементы, аккумулированные в  мышцах рыб, вызывают  окислительный  стресс в тканях, который  характеризуется избыточной продукцией свободных радикалов, повреждающих биологические  молекулы, мембраны  и  другие клеточные структуры. В результате  этих реакций, а  также в процессе биотрансформации  ксенобиотиков образуются  низкомолекулярные соединения – олигопептиды, которые обладают биологической активностью. Они  могут модулировать  генную активность, биохимические  реакции, встраиваться  в  систему регуляции ряда физиологических процессов. Нарастание концентрации олигопептидов в  тканях свидетельствует  о нарушении  баланса  между  синтезом белков  и  их деградацией или же  о снижении протеосомальной функции, или о нарушениях обоих процессов ( Высоцкая, Немова, 2008). В наших исследованиях низкие концентрации  олигопептидов  были  обнаружены в сыворотке  крови донных видов- бычка-мартовика  и  морского  ерша, тогда как  у  других исследуемых рыб  эти  показатели были  более, чем  в  2  раза  выше, что  может свидетельствовать  об  эффективном выведении  этих продуктов  из  организма или же о снижении интенсивности обменных процессов, так как  эти  донные формы  ведут малоподвижный  образ жизни. Повышенные концентрации олигопептидов в крови  остальных исследуемых видов могут  быть обусловлены их активностью и  высоким  уровнем метаболизма, что способствует увеличению содержания  этих компонентов в крови.  

    В сыворотке  крови  обоих видов бычков обнаружены повышенные концентрации окисленных модифицированных форм  белков, образование  которых может быть обусловлено  развитием  окислительного стресса  в  организме при  действии  на него  неблагоприятных условий. Нарушение прооксидантно/антиоксидантного  баланса приводит  к  накоплению окисленных продуктов в тканях, которые достаточно стабильны и являются  в  этом отношении  удобными и  адекватными  биомаркерами для оценки состояния  организма ( Dalle-Donne  et al., 2003). В  связи с  этим можно  заключить, что у двух донных видов продукция окисленных белков в  крови  значительно выше, чем  у  видов, относящихся  к  другим  экологическим  группам, что  может  быть  обусловлено влиянием токсикантов  и  их аккумуляцией в  тканях, в  том числе тяжелых металлов, что  было  отмечено  ранее. В  то  же время  исследуемые рыбы различаются уровнем  обмена веществ, питанием, активностью, поведением, что определяется  специфическими  физиологическими  механизмами. Вероятно, большая активность придонно-пелагических и  пелагических рыб, сопровождающаяся более активным  метаболизмом, способствует быстрой  деградации  и  выведению окисленных форм  белков  из организма.

    Анализ активности  антиоксидантных ферментов  эритроцитов крови рыб выявил выраженные межвидовые различия, однако существенной  зависимости  этих показателей  от принадлежности  исследуемых видов к соответствующей экологической группе не установлено. Это не позволяет отнести данные параметры  к эффективным  и  адекватным  биомаркерам, характеризующим состояние  организма и среды  обитания. Вероятно, активность   ферментов, способствующих поддержанию прооксидантно-антиоксидантного  баланса, зависит  от совокупности  условий  существования рыб в биотопе, что характерно и  для других энзимов - аминотрансфераз и  холинэстеразы.

 

Заключение

     Таким образом, результаты исследований содержания шести токсичных элементов в  тканях шести  видов черноморских рыб и их биомаркеров  крови, позволили получить  определенную информацию об ответных реакциях рыб на условия среды обитания. Наиболее чувствительными  параметрами  оказались показатели содержания олигопептидов,  окисленных модифицированных форм  белков  и активности фермента второй фазы детоксикации GST в   крови донных рыб, в  тканях которых обнаружены повышенные концентрации меди, свинца, мышьяка  и  кадмия по сравнению с видами, относящимися к  другим  экологическим группам. В  то  же время активность  ферментов антиоксидантной  системы, аминотрансфераз и  холинэстеразы показала  выраженные межвидовые различия, но  они  не всегда зависели  от  принадлежности  рыб к соответствующей  экологической  группе.  Это обусловлено  тем, что помимо антропогенных факторов, на обменные процессы  рыб, включая активность  защитных систем, влияют  множество других абиотических и  биотических факторов, которые в совокупности  могут существенным  образом модифицировать ответные реакции  организма  на загрязнение, проявляя при  этом как суммарные, так  и антагонистические  эффекты.

     Наши исследования показали, что донные рыбы, к которым относятся бычки и морской ерш, живущие в экологически неблагополучной среде, проявляют выраженную реакцию на загрязнение, накапливают большие количества токсикантов как непосредственно из воды и  донных отложений, так и  в  результате  потребления более  загрязненной бентосной  пищи. Хроническое воздействие токсикантов на рыб приводит к окислительному стрессу, усилению процессов свободнорадикального окисления, продукты которого повреждают биомолекулы, ферменты, мембраны, вызывают различные патологии. Накопление  в крови рыб  окисленных модифицированных форм  белков свидетельствует о повреждающем действии токсикантов и продуктов окислительного  стресса, и при высоком уровне загрязнения возможно снижение резистентности организма и нарастание токсических проявлений, что в  конечном  итоге, приводит к ухудшению состояния рыб, снижению плодовитости, численности  популяций  и  биоразнообразия.  Полученные данные еще раз подтверждают необходимость и  эффективность применения молекулярных биомаркеров в  мониторинговых программах для оценки  состояния рыб  и  среды их обитания.

Цитируемая литература
Болтачев А.Р., Карпова Е.П. Морские рыбы Крымского полуострова. Симферопольl, 2012. “Бизнес –Информ” 223с.
Высоцкая Р.У., Немова Н.Н. Лизосомы и лизосомальные ферменты у рыб. Наука., Москва. 2008. 284 сс.
Дубинина Е.Е., Морозова М.Г., Леонова Н.В. и др. Окислительная модификация белков плазмы крови больных психическими расстройствами (депрессия, деперсонализация). Вопр. мед. химии. 2000. Т. 46, № 4. С. 398 - 409.
Карякина Е. В., Белова С. В. Молекулы средней массы как интегральный показатель метаболических нарушений (обзор литературы) // Клин. лаб. диагн. 2004. № 3. С. 3 – 8.
Коновалов С.М. Ихтиофауна черноморских бухт в условиях антропогенного воздействия. 1993. Киев: Наук. Думка, 144 с.
Amiard-Triquet, C., Berthet, B. Individual biomarkers. In: Aquatic Ecotoxicology: Advancing Tools for Dealing with Emerging Risks. 2015. P. 153-182
Dalle-Donne, I., Rossi, R., Giostarini, D., Milzani, A. and Colombo, R. 2003. Protein carbonyl groups as biomarkers of oxidative stress. Clinica Chimica Acta, 2003. V. 329. P. 23-38.
Hansson, T., Schiedek, D., Lehtonen, K.K., Vuorinen, P.J., Liewenborg, Noaksson, E., Tjarnlund, U., Hansson, M., Balk, L. Biochemical biomarkers in adult female perch (Perca fluviatilis) in a chronically polluted gradient in the Stockholm recipient (Sweden). Marine Pollution Bulletin,2006. V. 53. P. 451 – 468.
Hotard, S., Zou, E. Activity of Glutathione S-transferase in the hepatopancreas is not influenced by the molting cycle in the Fidder crab Uca pugilator. Bull. Environ. Contam., Toxicol., 2008. V..81.P. 242-244.
Martinez-Alvarez, R., Morales, A., Sanz, A. Antioxidant defenses in fish: biotic and abiotic factors. Rev. Fish Biology & Fisheries, 2005. V.15. P. 75-88
Rudneva, I.I. and Petzold-Bradley, E. Environmental and security challenges in the Black Sea region. In: E. Petzold-Bradley, A. Carius and A. Vimce (Eds.), Environment Conflicts: Implications for Theory and Practice. Netherlands: Kluwer Academic Publishers:2001. P. 189-202.
Rudneva I.I. Ecotoxicological Studies of the Black Sea Ecosystem. The Case of Sevastopol Region. Nova Science Publishers, Inc. New York, USA. 2011. 62 pp.
Rudneva I.I. Antiоxidant defence in marine fish and its relationship to their ecological status. In: Fish Ecology. (ed. Dempsy S.P.) Nova Science Publishers, Inc. New York, USA. 2012. P. 31-59
Sole, M., Rodriguez, S., Papiol, V., Maynou, F., and Cartes, J.E., Xenobiotic metabolism markers in marine fish with different trophic strategies and their relationship to ecological variables, Comparative Biochemistry and Physiology, 2009. V.149 C. P. 83–89.
Благодарности
Авторы выражают благодарность бригаде рыбаков Института морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского РАН за предоставленный материал для исследований.
Название, авторы, резюме (на английском языке)

 

Response of fish belogning to different ecological groups on marine pollution 

1Rudneva I.I., 1Skuratovskaya E.N., 1Chesnokova I.I., 1Kovyrshina T.B., 2Omelchenko S.O. , 3Zalevskaya I.N.

1Kovalevskiy Institute of Marine Biological Research RAS, Nahimov av., 2, Sevasopol, Russia

2The Crimean Regional in-service Teacher Training Institute, Simpheropol, Russia

3Crimean Federal University,  Simpheropol,  Russia

    The main idea of the study  was to investigate the role of blood biomarkers of 6 highly distributed  Black Sea fish species belonging  to different ecological groups to the different natural and anthropogenic impacts on marine environment.  For this purpose the concentrations  of Cu, Zn, Cd, As, Pb  and Hg were determined  in the muscle tissues  of examined  fish species and  biochemical parameters namely antioxidant enzyme activities, oligopeptides, oxidized  proteins, aminotransferases, cholinesterases were measured. The  interspecies differences were indicated, and some  of  them were directly correlated  with  fish ecological status of the fish spwcies.   The biomarkers studies help in  understanding the relationship of blood biochemical characteristics to the habitat and adaptability of  the fish species to the environment. The principles and perspectives of the development of permanent monitoring programs in  Black Sea  for fish biodiversity protection used biomarkers are discussed.