МОЩНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБОЧНИКОВ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СОЛИ В ВОДЕ Полтавец О.М.,Шугуров О.О.

Днепропетровский национальный университет


Номер: 7-1
Год: 2016
Страницы: 39-43
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

водные олигохеты, механические движения, концентрация соли, aquatic oligochaetes, mechanical movement, the salt concentration

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Изучали влияние разных концентраций NaCl в воде (от 0,1 М до 0,5 М) на механические движения водных червей - трубочников (Tubifex tubifex). Активацию клубка (1000 - 1500 особей) олигохет проводили механическими стимулами. Для оценки параметров движения на клубок клали внешние грузы (1 - 10 г). Увеличение соли в воде вело к уменьшению: силы сокращения червей, работоспособности и мощности их движений. Отмывка возвращала олигохет к нормальной активности, время их восстановления было пропорциональным уровню соли в растворе. Сделан вывод, что осолонение пресных водоемов может существенно снизить очистительную способность биоты.

Текст научной статьи

В Украине основным потребителем воды является сельское хозяйство, использующее ее для орошения полей. Пресные воды, пройдя через почву, растворяют содержащиеся в них соли, в результате чего повышаются минерализация и химический состав воды [1]. Отмечено усиление притока морских вод в дельте и лиманах Днепра из-за уменьшения уровня речного стока, что обусловливает увеличение осолонения воды в этих регионах [2]. Проблема экологического состояния водных объектов является актуальной для всех водных бассейнов Украины [3]. В настоящее время недостаточно выяснено, каким образом такое осолонение влияет на жизнедеятельность простых животных, задействованных в процессах очистки воды [4]. Данная статья посвящена изучению двигательной активности водных олигохет при изменении уровня солености воды. Опыты проводили на клубках червей - трубочниках обыкновенных (Tubifex tubifex), по отработанной ранее методике [5]. Олигохеты хранились в прохладном месте и ежедневно, а также непосредственно перед проведением эксперимента промывались чистой речной водой. Для их активации применяли механический раздражитель с изменяющейся силой воздействия. В экспериментах клубок трубочников, численностью 1000 - 1500 особей, помещали в полый цилиндр, поверх них устанавливали легкий поршень, прикрепленный к коромыслу. С другой стороны коромысла устанавливали противовес, позволявший уменьшить нагрузку на клубок до нуля. Наложение на поршень стандартных грузов позволяло изменять суммарную нагрузку в широких пределах (от 0 до 10 г). Кроме того, на коромысле был установлен светоотражающий элемент, который во внешней системе изменял величину освещенности фотодатчика. Механический импульс производил раздражение пула олигохет с провоцированием совместной механической реакцией сжатия их тел. При этом производилось быстрое поднятие поршня, что регистрировалось с помощью интерфейса с программным средством "Multicon". В качестве показателя реакции олигохет брали максимальную амплитуду механограммы, время ее достижения и мощность при поднятии груза. После каждого опыта червям давали время для отдыха (3 мин). После контрольного опыта трубочников обрабатывали раствором NaCl (0,1 М; 0,2М; 0,5 М) и для каждого варианта изучали указанные выше параметры. Калибровка механической реакции осуществлялась путем ручного поднятия поршня на 0,5 и 1 см с регистрацией "ступеньки" на цифровом профиле сигнала. Обработку механограмм производили с помощью программы PeakFit v.2 от Systat Software Inc. Важнейшее свойство трубочников - их способность передачи возбуждения другим особям пула путем сократительного движения. Через некоторое время они возвращаются к уровню невозбуждённого состояния (рис.1,а), но требуют определенного периода восстановления. В начальном эксперименте выявляли изменения амплитуды ответа на раздражение в зависимости от груза, который поднимали трубочники. Подобные опыты проводили с промежутками времени между стимулами 180 с. Данные показали (рис.1,а,б), что по мере увеличения нагрузки на клубок наблюдается с одной стороны - уменьшение максимальной амплитуды механограммы, с другой - увеличение времени достижения максимального поднятия. Происходит ситуация, когда на фоне уменьшения высоты поднятия груза и одновременного увеличения величины груза происходит повышение величины выполненной работы (рис.2). Дальнейшее увеличение нагрузки на клубок уменьшает как амплитуду механограмм, так и суммарную работу. В результате, при превышении оптимальных нагрузок эффективная работа трубочников - уменьшается (рис.2). Сходная картина наблюдалась и для мощности пула трубочников. Повышение нагрузки всегда приводило к увеличению времени поднятия груза: в результате последнего фактора также уменьшается мощность трубочников в единицу времени. При превышении оптимальных значений (вариант, когда частное деления массы груза на время его поднятия - максимальное) наблюдалось быстрое снижение мощности механограмм. Все проведенные эксперименты выполняли в нормальных условиях ("Н" на рис.1,б и рис.2) и в условиях изменения концентрации соли в воде с трубочниками. а б Рис.1. Механограммы (а) при изменении нагрузки на клубок трубочников и график (b) изменения амплитуды (h) механограмм (в мм) от массы груза (г). На б: Н - "норма" (чистая вода); 0,1 М - 0,5 М - варианты эксперимента с использованием поваренной соли различной молярности. Представлены среднеквадратические отклонения по данным 8 опытов. После обработки олигохет (в различных опытах) раствором NaCl - 0,1 М, 0,2 М и 0,5М на них также действовали механическими раздражителями и регистрировали механические реакции (рис.1,б, рис.2). Промежуток между двумя тестовыми раздражениями составлял 3 мин, что позволяло червям вернуться к начальному невозбуждённому состоянию. Графики на рис.1,б показывают, что, во-первых, существенно уменьшается амплитуда ответа (прежде всего это связано с увеличением веса груза размещенного на поршни); во-вторых - меняется время достижения этого максимального значения ответа. На основе этих данных можно отметить, что при обработке солевым раствором 0,5 М и при нагрузке 4 г группа олигохет почти полностью снижает способность реагировать на различные механические раздражения (рис.1,б). Рис.2. График изменения работы по поднятию груза, выполненная олигохетами: Н - норма (чистая вода); 0,1 - 0,5 М - данные опытов с использованием NaCl различной молярности. Данные показали, что за уровнем оптимума (4 - 6 г для "нормальной" воды), всегда ументшается суммарная работа, выполненная червями по поднятию груза. Это связано с тем, что при увеличением груза еще быстрее уменьшается высота, на которую его может поднять клубок олигохет. На рис.2 приведены графики работы червей по поднятию веса до, и после обработки раствором NaCl разной концентрации в зависимости от нагрузки. Здесь использовали грузы от 1 г до 10 г. Можно видеть, что падение работоспособности червей при разной нагрузке существенно зависит от концентрации соли в воде. При 0,1 М NaCl график имеет форму, свойственную контрольному (Н) опыту, но с уменьшенной на 15 - 20 % суммарной работой. Повышение молярности соли в воде с олигохетами ведет падению их работоспособности на всем диапазоне нагрузок. При 0,5 М соли в воде черви практически потеряли способность реагировать на какие - либо внешние раздражители, но после отмывки уже через час эта способность восстановилась. Следует отметить, что такое восстановление было не полным. Например, если до обработки солевым раствором максимальный груз, который были способны поднять трубочники, составлял 6 г, то после их обработки и дальнейшей отмывки этот груз составлял всего 2 г (т.е. наблюдалось длительное падение работоспособности на 250 -300 %). Отмечено, что время восстановления положительно коррелировало с количеством соли в воде. Для понимания результатов следует учесть, что трубочники - наиболее высокоорганизованные представители группы червей [6]. Стенка тела олигохет включает два слоя мускулатуры - наружного кольцевого и внутреннего продольного. В каждом сегменте (в большинстве случаев это 60 - 100) в брюшной части находится двойной нервный узел с отходящих от него нервами. Узлы всех сегментов объединены продольными нервными тяжами в единый брюшной нервный узел, над глоткой, находится головной мозг (надглоточный ганглий), соединенный с первым узлом брюшной цепи. Трубочники - типичные донные животные, встречающиеся на иловых грунтах [7]; часто они создают массу, состоящую из тысяч особей и имеющую вид на дне красных "подушек". Некоторые виды выдерживают сильное загрязнение и могут жить при минимальном количестве растворенного в воде кислорода [8]. Подобные связанные нервно-мышечные свойства данных червей позволяют, с одной стороны, использовать отдельных особей в качестве носителя индикаторной способности переносить различные изменения в окружающем пространстве, с другой - использовать их клубки в качестве механического датчика, параметры которого легко калибруются и могут служить показателем экзогенных нарушений. Следует сказать, что трубочники являются очень удобным объектом для биоиндикации благодаря их низкой цены, легкости ухода, доступности (широкий ареал распространения), возможности отбора наиболее жизнеспособных особей, возможности визуального контроля состояния. Водно-солевой обмен у водных организмов протекает иначе, чем в наземных, так как гидробионты, находясь в воде испытывают на себе действие осмотического давления. Поверхность водных организмов в той или иной степени проницаема для различных веществ, поэтому при гипо- или гипертонии среды для гидробионтов создается угроза нарушения гомеостаза. В простейшем случае гидробионты изоосмотичны с окружающей средой, хотя имеют иное соотношение ионов. В приведенных опытах нарушения водно-солевого баланса у трубочников проявляется в изменениях как мышечных реакций, так и нервного управления. Угнетение мышечной активности наблюдается в первую очередь в уменьшении уровня её энергетических характеристик - амплитуды механограммы (рис.1,б), работы по поднятию груза (рис.2) и мощности в единицу времени, обнаруженных в процессе помещения олигохет в воду с разной концентрацией NaCl. В связи с тем, что все указанные параметры механограмм уменьшаются по мере нарастания уровня осолонения воды, очевидно, что стандартные (нормальные) характеристики воды для пресноводных червей являются факторами, дающими их оптимальную очистительную способность. Влияние на нервную регуляцию проявляется в уменьшении уровня возбудимости трубочников и как следствие - увеличение времен реакции червей на стимул и восстановления активности при повторных активациях. На основе проведенных экспериментов можно сделать выводы, что увеличение соли в воде в концентрациях от 0,1 М до 0,5 М негативно влияет на механические параметры движений и, вероятно, очистительную способность трубочников. Увеличение солености ведет к уменьшению силы сокращения червей, их работоспособности и мощности движений. Восстановление качества воды возвращает трубочников к активности, причем время восстановления пропорционально уровню соли в растворе. Представляется вероятным, что такие достаточно сложные организмы, как трубочники, могут быть индикаторами качества воды и наличия в ней токсических веществ. Сделан вывод, что антропогенное осолонение пресных водоемов может существенно снизить очистительную способность биоты.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.