Беловежская пуща - XXI век

Оценка накопления и распределения металлов в органах и тканях зубров, обитающих в Беловежской пуще

Козло П.Г.*, Дерябина Т.Г.*, Буневич А.Н.**
*Институт зоологии Академии Наук Беларуси
**Государственный Национальный парк "Беловежская пуща"

Введение

Беловежская пуща - ее белорусская и польская части - являются главным центром сохранения, воспроизводства и расселения зубров беловежской линии. Однако, в последнее время снизились темпы роста численности (Буневич, 1990) беловежской популяции зубра. В основном по причине таких участившихся заболеваний, как поражение мочеполовой системы (некротический баланопостит), катаракта глаз и др. (Шашенько и др., 1994). Выявлено существенное обеднение фонда генетического полиморфизма (Сипко, 1990). Эти факты можно рассматривать как симптомы понижения жизнеспособности зубров, обитающих в Беловежской пуще. Интересно, что отмеченные заболевания зубров проявляются только на территории пущи и в Новодворянском лесокомбинате Ивано-Франковской области на Украине.

Для выяснения причин не вполне благополучного состояния беловежской популяции зубра проводятся генетические, биохимические и иммунологические исследования. Вместе с этим становится очевидным, что в условиях все возрастающего масштаба антропогенного прессинга на природную среду для характеристики беловежской популяции зубров, объективной экологической оценки мест их обитания необходимо принимать во внимание и степень загрязненности пущи глобальными токсикантами, в том числе и тяжелыми металлами (ТМ), а также макро- и микроэлементный статус вида. Как известно (Ровинский и др., 1988), территория пущи находится на пути интенсивного западного переноса загрязненных воздушных масс. Учитывая, что среди ТМ имеются как жизненно необходимые для организма, так и чужеродные, токсичные, большой интерес представляло определение их содержания в органах и тканях зубров. Сведения по данному вопросу скудны. Известны работы польских исследователей (Dziaba et al., 1991; Kos'la et al., 1985; Kos'la, 1973), в которых дана предварительная оценка макро- и микроэлементного состава шерсти и сыворотки крови зубров в сравнении с крупным рогатым скотом (КРС), а также канадских (Macneil et al., 1987) по лесному бизону - Bison b. athabascae из заказника Маккензи.

Ожидалось, что результаты наших исследований позволят: определить степень достаточности или избытка тех или иных металлов в условиях пущи; прояснить возможные причины возникновения заболеваний среди зубров; с новых позиций оценить экологические условия местообитания зубров и принять меры по минимизации или устранению воздействия негативных факторов.

Объекты и методы исследований

Исследовано 260 биопроб внутренних органов и тканей (мышцы, сердце, легкие, печень, селезенка, почки, семенники, шерсть), отобранных от 27 зубров (18 самцов и 9 самок) в возрасте от 2 месяцев до 20 лет, выбракованных в зимний период в Беловежской пуще. Отбор, упаковка, хранение и предварительная обработка проб осуществлялись в соответствии с общепринятыми методиками ("Унифицированные методы ...", 1986). Озоление проб проводили ускоренным методом в парах азотной кислоты с использованием аппарата Ринькиса (Ринькис, Ноллендорф, 1982). Масса озоляемой навески составляла 3 г воздушно-сухого вещества. Количественно оценивали 12 металлов. Для целей нашей работы первостепенное значение имеют те из них, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности человека и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсичных свойств для живых организмов. Это Pb, Cd, Cu, Mn, Co, Ni, Zn, Cr. Содержание металлов определено в Институте физики АН Б методом атомно-абсорбционной спектроскопии. Статистическая обработка материала проводилась по стандартным программам с использованием ПЭВМ. Для выявления зависимостей между органами и тканями по содержанию исследуемых металлов, а также возрастом животных и накоплением их использовали корреляционный анализ.

Результаты и обсуждение

В органах и тканях зубров в наибольших концентрациях присутствуют Mg, Ca, Fe, средние величины их находятся в диапазоне 103-3419 мг/кг сухого вещества, в наименьших, не превышающих 3 мг/кг, - Cr, Ni, Co, Sr. Накопление Zn не выходит за пределы среднего значения - 170 мг/кг, а Cu и Mn - в 4-6 раз меньше. Диапазон средних концентраций Pb, Cd равен 0,10-5,73 мг/кг (табл. 1).

Таблица 1

Содержание металлов (мг/кг сухого веса) в органах и тканях зубров

Исследуемый материал n x Sx x min - x max
1 2 3 4 5

Магний
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
24
24
25
25
22
24
8
15
663,72
763,73
522,07
534,82
665,32
543,81
568,15
102,91
25,94
32,15
18,71
27,51
37,19
15,85
44,86
10,27
509,00 - 1101,50
529,16 - 1125,48
364,70 - 708,16
308,59 - 945,46
418,16 - 1288,32
473,16 - 789,82
419,83 - 747,50
53,30 - 181,42

Кальций
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
20
21
23
24
21
22
7
15
272,82
269,83
519,60
264,87
327,08
422,99
1624,76
871,29
24,67
13,63
42,1
15,61
18,38
20,11
945,96
112,96
120,83 - 533,85
171,14 - 410,83
307,50 - 1141,25
117,50 - 424,62
207,66 - 569,87
323,53 - 694,16
413,33 - 7241,25
371,68 - 2298,74

Железо
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
23
23
25
24
20
24
8
15
155,51
287,78
946,61
270,51
3419,20
432,64
203,86
155,65
13,7
17,52
202,19
32,18
772,47
34,91
33,04
28,57
21,33 - 279,50
167,00 - 539,83
199,83 - 5561,19
45,66 - 646,90
210,33 - 10183,10
117,50 - 741,35
103,00 - 338,50
63,97 - 524,12

Цинк
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
25
22
24
22
23
23
7
15
162,66
81,95
68,73
137,78
113,19
88,20
78,50
104,49
12,84
4,17
3,39
10,85
6,07
2,59
5,2
4,08
68,83 - 339,00
44,83 - 142,21
34,66 - 107,77
68,16 - 277,56
61,83 - 181,66
66,17 - 112,66
56,83 - 96,83
118,28 - 163,93
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5

Медь
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
24
24
24
23
23
24
8
15
4,85
14,49
5,98
9,40
5,72
19,76
7,37
4,20
0,6
0,69
0,37
0,89
0,57
0,56
1,38
0,51
1,32 - 12,66
5,47 - 20,16
1,66 - 9,00
4,15 - 22,57
1,99 - 12,33
13,79 - 23,99
1,82 - 15,50
1,49 - 9,49

Марганец
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
23
24
25
24
23
24
8
12
0,71
1,08
1,43
7,3
1,37
2,52
1,56
10,50
0,17
0,22
0,28
0,59
0,28
0,29
0,54
2,76
0,00 - 3,33
0,00 - 3,33
0,00 - 4,83
2,82 - 15,66
0,00 - 4,66
0,00 - 6,33
0,00 - 4,83
1,49 - 35,31

Кадмий
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
24
24
25
23
23
24
8
15
0,12
0,10
0,12
0,54
0,82
3,03
0,35
0,35
0,04
0,03
0,04
0,17
0,2
0,79
0,14
0,15
0,00 – 0,66
0,00 – 0,50
0,00 – 0,83
0,00 – 3,83
0,00 – 3,50
0,00 – 14,49
0,00 – 1,00
0,00 – 1,66

Свинец
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
14
14
13
11
13
11
5
16
1,82
0,80
2,07
2,65
2,95
0,94
5,73
1,43
0,65
0,46
0,65
1,2
0,72
0,33
2,57
0,97
0,00 – 7,50
0,00 – 5,00
0,00 – 6,66
0,00 – 13,16
0,00 – 8,00
0,00 – 2,83
0,00 – 14,00
0,00 – 12,49
Окончание таблицы 1
1 2 3 4 5

Хром
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
21
21
23
24
20
22
7
15
1,04
0,73
1,68
2,13
1,97
1,23
3,09
2,60
0,19
0,15
0,33
0,76
0,58
0,22
0,88
0,76
0,00 – 2,50
0,00 – 2,83
0,00 – 5,33
0,00 – 15,50
0,00 – 9,83
0,00 – 4,16
0,00 – 6,83
0,00 – 10,49

Никель
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
24
24
25
23
23
25
8
15
0,20
0,39
0,63
1,04
1,32
0,65
0,73
0,12
0,06
0,17
0,13
0,33
0,38
0,19
0,34
0,08
0,00 - 1,00
0,00 - 3,15
0,00 - 2,22
0,00 - 6,33
0,00 - 7,00
0,00 - 4,00
0,00 - 2,83
0,00 - 1,16

Кобальт
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
23
24
24
23
22
23
6
14
0,24
0,49
0,34
0,28
0,42
0,43
0,33
0,24
0,05
0,1
0,08
0,1
0,09
0,11
0,18
0,14
0,00 - 0,99
0,00 - 1,66
0,00 - 1,49
0,00 - 1,82
0,00 - 1,16
0,00 - 1,99
0,00 - 1,16
0,00 - 1,99

Стронций
Мышцы
Сердце
Легкие
Печень
Селезенка
Почки
Семенники
Шерсть
21
21
22
23
20
21
7
18
0,14
0,19
0,56
0,56
0,35
0,40
2,01
0,53
0,05
0,05
0,11
0,15
0,09
0,11
0,95
0,27
0,00 - 0,66
0,00 - 0,66
0,00 - 1,66
0,00 - 2,50
0,00 - 1,50
0,00 - 1,66
0,16 - 7,30
0,00 - 4,66

Особенности аккумуляции металлов в органах и тканях зубров в обобщенном виде можно представить следующим образом: Mg преимущественно концентрирутся в сердце и мышцах; Ca - в семенниках и шерсти; Fe - в селезенке и легких; Zn - в мышцах и печени; Cu - в почках, сердце, печени; Mn - в шерсти и печени; Cd - в почках; Рb, Cr, Sr - в семенниках; Co - в сердце; Ni - в селезенке, печени, семенниках. Интересен факт накопления Pb, Cr, Ni, Sr в семенниках выбракованных зубров. Обычно Pb накапливается в легких и печени, Cd - в почках, Cr и Ni - в легких. Максимальные средние концентрации Pb, Cr и Sr у выбракованных зубров оказались именно в семенниках. У двух самцов зубра (в возрасте 1,5 и 20 лет) уровень свинца в половых органах превысил 40.0 мг/кг, что в 22 раза превышает среднее содержание его в мышцах. Значительно было содержание кадмия - 0,35 мг/кг. В последнее время получены данные о возможном влиянии ТМ (Pb, Cd) и их соединений на репродуктивную функцию млекопитающих (Трахтенберг, 1994). Известно (Козаченко и др., 1987), что накопление кадмия в интерстициальной ткани семенников млекопитающих сопровождается некрозом тестикулярного эпителия. Именно эти явления наблюдаются у пораженных зубров.

Наибольшее число достоверных корреляционных связей между содержанием металлов в органах и тканях и возрастом зубров обнаружено для кальция, железа и кадмия (табл. 2). Тесная взаимосвязь выявлена между возрастом и содержанием железа в селезенке (r = 0,805) и кадмия в почках (r = 0,772). Если у двухмесячных зубрят концентрация кадмия в почках не превышала 0,55 мг/кг, то у 7-8-летних достигала 5,66, а у 20-летних - 12,03 мг/кг, т. е. она увеличилась соответственно в 10 и 22 раза. Следовательно, накопление этих металлов находится в прямой зависимости от возраста зубров.

Таблица 2

Коэффициенты корреляции между возрастом животных и концентрацией металлов в органах и тканях (Р 0.05)

Металл Мышцы Сердце Легкие Печень Селезенка Почки Шерсть
Mg
Ca
Fe
Zn
Cu
Mn
Cd
Pb
Cr
Ni
Co
Sr
-
-
0,307
0,349
-
-
-
-
-
-
-
-
0,418
-
-
-
0,309
-
-
-
-
-
-
-0,35
-0,299
0,523
-
-
-
-
-0,336
-
-
-
-
-
-
0,399
0,667
0,503
-
-
0,497
-
-
-
-
-
-
-
0,805
-
-0,307
-
0,496
-
-
-
-
-
-
0,512
0,328
0,479
-
-
0,772
-0,494
-
-0,323
-
-
-
-0,458
-
-
-0,404
-
-0,364
-
-0,38
-
-
-

Примечание: прочерк - достоверной связи при Р 0.05 не выявлено.

Выявлено, что такие пары органов и тканей, как мышцы-печень, печень-селезенка, печень-почки, сердце-легкие, мышцы-почки, мышцы-селезенка имеют наибольшее число корреляционных связей. Обнаружена достоверная положительная связь сильной степени между содержанием кадмия в печени и селезенке (r = 0,892), в печени и почках (r = 0,776), почках и селезенке (r = 0,789). Для свинца наличие такой же тесной связи характерно для коррелирующей пары сердце-селезенка (r = 0,828). Для пары мышцы-печень коэффициент корреляции составил 0,564. Содержание хрома в легких коррелировало с его накоплением в мышцах (r = 0,599), в печени (r = 0,621), селезенке (r = 0,580), почках (r = 0,694); в мышцах - с накоплением его в печени (r = 0,408), селезенке (r = 0,521) и почках (r = 0,438).

Статистический анализ содержания металлов в органах и тканях самок и самцов зубра не выявил достоверных половых различий. Исключение составляют почки самцов, в которых достоверно больше содержание железа (t = 2,95).

Для целей нашей работы большой интерес представлял сравнительный анализ содержания металлов у зубров, бизонов (Macneil et al., 1987) и КРС из Австралии (Kramer et al., 1983), России (Коломийцева, Габович, 1970) и ФРГ (Hasler et al., 1983). Выявлено (табл. 3), что накопление меди в печени зубров из пущи было соответственно в 13 и 7 раз ниже, чем у бизонов и КРС. Обратная картина наблюдалась по свинцу и хрому. Зубры характеризовались наибольшими показателями содержания свинца. Содержание хрома в мышцах, печени и почках зубров в 3, 15 и 6 раз соответственно выше по сравнению с КРС из России; у КРС из Австралии хром обнаружен в небольших количествах лишь в печени. О загрязненности территории пущи хромом свидетельствует и тот факт, что у исследованной нами взрослой самки зубра из Припятского заповедника содержание хрома в органах и тканях было на порядок ниже, чем у зубров из пущи, в сравнении с рассматриваемыми видами, характерно повышенное содержание свинца и хрома, но пониженное меди. Недостаток меди в организме зубров подтверждается и величиной содержания ее в шерсти зубров - 4,20 мг/кг. Это ниже уровня, свидетельствующего об обеспеченности копытных данным элементом. Роль этого металла в важнейших процессах жизнедеятельности копытных общеизвестна: дефицит его вызывает нарушения обмена веществ, снижение иммунологической устойчивости (Коломийцева, Габович, 1970), недостаток кератинизации копыт, понижение воспроизводительной функции( Flinn, Franzmann, 1987) и др.

Таблица 3

Содержание металлов (х, мг/кг сырого вешества) у зубров (20экз.), лесного бизона (10 экз.) и КРС

Металл Вид Мышцы Печень Почки Литературный источник
Cu
 
 
 
Зубр
Бизон
КРС А
КРС Р
1,16
-
1,9
3,43
2,65
35,3
33,89
20,1
4,35
6,7
4,9
4,17
Наши данные
Macneil et al., 1987
Kramer et al., 1983
Коломийцева, Габович, 197
Cr
 
 
 
Зубр
Бизон
КРС А
КРС Р
0,25
-
0
0,09
0,6
-
0,01
0,04
0,27
-
0
0,04
То же
То же
То же
То же
Cd
 
 
 
 
Зубр
Бизон
КРС А
КРС Р
КРС Ф
0,03
-
0,001
-
0,01
0,15
0,3
0,06
-
0,12
0,67
38,7
0,37
-
0,98
То же
То же
То же
То же
Hasler et al., 1983
Pb
 
 
 
 
Зубр
Бизон
КРС А
КРС Р
КРС Ф
0,44
-
0
-
0,07
0,75
0
0,05
-
0,27
0,21
0
0,04
-
-
То же
То же
То же
То же
То же

Примечание: - данные отсутствуют; А - Австралия; Р - Россия; Ф - ФРГ

Выводы

Полученные результаты исследования позволяют сделать следующие выводы и предложения.

  1. Повышенная концентрация свинца, хрома, кадмия и стронция в семенниках зубров возможно является одной из причин поражения мочеполовых органов - гнойно-некротическим баланопоститом.
  2. Учитывая низкие уровни содержания меди в органах и тканях зубров, зависящие от особенностей геохимической провинции (недостаток в почвах и растениях меди) и исключительную биологическую роль этого металла, считаем целесообразным обогащение пищевого рациона зубров добавками в корм этого микроэлемента.
  3. Выявленные нами уровни содержания токсичных элементов - хрома, свинца, кадмия в организме зубров ставят под сомнение благополучие экологических условий их обитания в пуще.
  4. Повышенное накопление ряда металлов, недостаточность меди в организме зубров, убеждают в необходимости и важности продолжения и углубления начатых работ по оценке содержания металлов в тканях зубров, других видов копытных, а также основных компонентов лесных биогеоценозов пущи.

Литература

1. Буневич А.Н. Половозрастной состав селекционно-выбракованных зубров Беловежской пущи //Матер. научн.-практ. конфер."Состояние природных комплексов Беловежской пущи и других заповедных территорий. их изучение и охрана." - Мн., 1990. - С. 127 - 129.

2. Козаченко В.И., Пашин Ю.В., Соболева Л.С., Сальников Л.Е. Изучение мутагенного действия хлористого кадмия на млекопитающих //Биол. науки. - 1987. - № 11. - С. 102 - 105.

3. Коломийцева М.Г., Габович Р.Д. Микроэлементы в медицине. - M., 1970. - 286 с.

4. Ринькис Г.Я., Ноллендорф В.Т. Сбалансированное питание растений макро-и микроэлементами. - Рига, 1982. - С. 178 - 181.

5. Ровинский Ф.Я., Петрухин В.К., Черханов Ю.А., Ярнатовский А.Н. //Проблемы фонового мониторинга природной среды. - Л., 1988. - Вып. 6. - С. 15 - 20.

6. Сипко Т.П. Анализ генофонда зубров Беловежской пущи //Матер. научн.-практ. конфер."Состояние природных комплексов Беловежской пущи и других заповедных территорий, их изучение и охрана. - Мн., 1990. - С. 151 - 153.

7. Трахтенберг И.М., Колесников В.С., Луковенко В.П. Тяжелые металлы во внешней среде: Соврем. гигиен. и токсикол. аспекты. - Мн., 1994. - С. 105.

8. Унифицированные методы мониторинга фонового загрязнения природной среды (под ред. Ф.Я. Ровинского). - М., 1986. - 182 с.

9. Шашенько А.С., Красочко П.А., Красочко И.А., Гаевский В.И., Буневич А.Н. Паталогоанатомические изменения у беловежских зубров при некротическом баланопостите //Современные проблемы охраны зубра. Матер. междунар. симпоз. по зубру. - Мн., 1994. - С. 74 - 75.

10. Dziaba K., Kita J., Anusz K., Kowalski B., Kozlowska I., Krupa J.Poziom makro-i mikroelementow w surowicy krwi zdrowych i chorych zubrow //Medycyna. - Wet. - 1991. - 47.

11. Flinn A., Franzmann a. Mineral element studies in North American moose //Swedish Wildlife Research, Suppl. 1. - 1987. - P. 289 - 299.

12. Hasler St., Heiz H.J., Koch H. Blei und Cadmium in Rind-und Schweinefleish //Schweiz. Arch. Tierheilk. - 1983. - Bd. 125. - S. 695 - 699.

13. Kos'la T., Anke V., Roskosz T., Rokicki E. Der Mengen-und Spurenelementgehalt des Deckhaares vom Wisent (Bison bonasus) //Mengen-und Spurenelemente, Arbeitstag Agrarwiss. und chem. Ges. DDR, Leipzig, 2-3 Dez. - 1985. - S. 69 -77.

14. Kos'la T. The contents of macro-and microelements in the fodder, blood serum and hair of European bison //Ann. Warsaw Agr. Univ. - SGGW. AR Vet. Med. 1993. - N 17. - P. 79 - 85, 87 - 91.

15. Kramer H.L., Steiner J.W., Vallely P.J. Trace element concentrations in the liver, kidney and muscle of gueensland cattle //Bull . Environ. Contam. and Toxicol. - 1983. - Vol. 30. N 5. - P. 588 - 594.

16. Macneil J.D., Patterson J.R., Fesser A.C., Salisbury C.D., Tessaro S.V. Trace metal and persistent organochlorine levels in wood bison (Bison bison athabascae) from the machenzie bison sanctuary //Int. J. Environ. Anal. Chem. - 1987. - Vol. 30, N 1-2. - P. 145 - 153.

Опубликовано на стр. 217 - 224.

Оглавление
Следующая статья

Главная Написать письмо Карта сайта