Накопление тяжелых металлов насекомыми семейства муравьиные

(Hymenoptera, Formicidae)

К группе веществ, которые могут накапливаться как в самом организме животного, так и оставаться в цепях питания длительное время относятся тяжелые металлы. Тяжелые металлы оказывают токсическое воздействие на биологические объекты. Понятие “токсичность" в экологическом контексте относится к химическому влиянию веществ, которое понижает жизнеспособность отдельных популяций и изменяет взаимодействия между ними. На территории Саратовской области были предприняты исследования по установлению содержания ряда элементов из группы тяжелых металлов в организме почвенных и надпочвенных насекомых - муравьях. Именно эти насекомые активно участвуют в формировании почвенного профиля и являются конечными звеньями в цепи миграции веществ.

В 1999-2000 годы были обследованы различные районы крупного промышленного города России - Саратова: 1-я Дачная (далее по тексту - участок № 1); 5-я Дачная (№ 2); Малиновый родник (№ 3); Сокурский тракт в районе дачного массива (№ 4); 10-я Дачная (№ 5). На этих участках № 1-5 были взяты особи из популяций следующих видов муравьев: Formicinae: Formica polyctena (Forster, 1850); F. rufa (Forster, 1850); F. fusca (Linnaeus, 1758); F. pratensis (Retzius, 1783); Camponotus ligniperda (Latreille, 1802); C. vagus (Scopoli, 1763); Lasius fuliginosus (Latreille, 1798); L. alienus (Forster, 1850); L. platythorax (Seifert, 1991); Myrmicinae: Myrmica sabuleti (Meinert , 1860). Для определения содержания металлов в хитиновых покровах имаго и личинок был применен атомно-абсорбционный метод с использованием масс-спектрометра.

Обсуждение результатов исследования

Результаты 1998-1999 годов показали, что концентрация свинца и цинка в Myrmica sabuleti отражали ожидаемую загрязненность мест. Концентрации металлов были самыми высокими на участке № 1, далее на участках № 4 и № 2. Накопление кадмия было самым высоким на участке № 2. Наибольшие концентрации металлов были выявлены у видов Formicinae на участке № 1. Содержание элементов значительно различались по сезонам. В основном, пойманные летом особи аккумулировали большее количество металлов, чем пойманные весной. Различие между уровнями меди было низким (в 2 раза), по сравнению с цинком и свинцом (в 6 раз).

Содержание металлов у Camponotus ligniperda (№ 3, № 5) и C. vagus (№ 5) было высоким у летних особей, чем у весенних. Внутриродовое сравнение выявило видоспецифические особенности накопления металлов. Концентрации металлов (Pb, Cu, Zn, но не Cd) зависели от загрязненности места. Так, их показатели были выше у насекомых на участке № 3. Сравнение данных по C. ligniperda на участками № 3 и № 5 показало, что в большей степени различие мест определял свинец.
Сравнение представителей двух подсемейств (C. ligniperda и C. vagus - Formicinae; M. sabuleti - Myrmicinae) показало более высокий потенциал накопления Pb, Cd, Zn у Formicinae, что объясняется спецификой их питания. Муравьи этого подсемейства потребляют большую массу сильно загрязненных выделений тлей.

Исследование насекомых из проб 2000 года показали схожие результаты по участкам и видоспецифичности накопления металлов с представителями, собранными в 1998-1999 годах. Однако по ряду металлов наблюдались заметные отличия. Так, прослеживается явное снижение уровней свинца (F. pratensis, L. fuliginosus), цинка (F. pratensis) и стабильное или возрастающее содержание меди и кадмия при увеличении расстояния от источника загрязнения. Высокий уровень концентрации кадмия определен у рабочих L. fuliginosus. Это самый высокий уровень кадмия среди всех видов, хотя и собраны они были с малозагрязненных участков. Мутите обычно показывали более низкую загрязненность металлами, чем Formicinae на соответствующих участках. Внутриродовые сравнения выявили явные видоспецифические особенности накопления между F. pratensis и F. fusca (с одного участка) и между L. fuliginosus и L. platythorax (№ 1, 3 и 5).

Явление сезонных особенностей накопления металлов требует независимого от веса выражения содержания металлов в теле муравьев. Если корреляция вес-металл существует (положительная или отрицательная), то накопление с ростом (возрастом) может производить впечатление сезонного накопления. Поэтому был вычислен ранжированный коэффициент корреляции Спирмена для проверки отношения вес-металл. Из 68 возможных отношений были отмечены 21 значимых (р<0.05 (p<0.001)) случаев корреляции между весом и концентрациями металлов, из которых 17 были случаями отрицательной корреляции. Это означало, что концентрации металлов были обычно ниже при возрастании веса, причем независимо от времени года (в случае значимой корреляции). Это противоречит предположению об увеличении аккумуляции тяжелых металлов с размерами и возрастом.

В заключении хотелось бы отметить следующее. Сравнение имеющихся данных об уровнях металлов у Formicidae из загрязненных и незагрязненных мест в Европе с результатами наших исследований показало, что аккумуляция в муравьях из окрестности города Саратова по меди - была явно ниже, чем у муравьев, происходящих из загрязненных медью участков в Швеции [Bengtsson, Rundgren, 1984], Англии [Hunter, Johnson, 1987]. Обратная картина наблюдалась для свинца, чьи уровни превышали ранее сообщавшиеся данные на несколько порядков. Концентрации измерянные в Саратове были выше в 10 [Fangmeier, Steubing, 1986], 20 [Bengtsson, Rundgren, 1984] или приблизительно в 100 [Posthuma, Straalen, 1993] раз в особях с участка № 2. Концентрации кадмия и цинка, определенные в данной работе, были выше или такими же, как и в литературных данных, в зависимости от вида и места.

Доказательство снижения уровней свинца, кадмия и цинка при увеличении дистанции от источника загрязнения у исследованных видов (которые реально отражают загрязнение участка), может привлекать внимание к муравьям, как к объектам, имеющим высокую биоиндикационную ценность.

Ответные реакции видов-биоиндикаторов на организменном и популяционном уровнях при разных условиях загрязнения позволяет выявить принципиальные закономерности изменений, происходящих на данных участках обитания, и установить уровни загрязнения, при которых происходят основные специфические изменения. Это положение является основой для прогнозирования дальнейших изменений как отдельных комплексов организмов различных таксономических категорий, так и динамики плотности популяций отдельных видов, что дает возможность проведения длительного мониторинга по обеспечению экологической безопасности, последовательного изучения процессов трансформации антропогенных ландшафтов, особенно происходящих в биотах расположенных вблизи объектов по УХО.

Литература

1. Bengtsson G., Rundgren S. Ground-living invertebraters in metal-polluted forest soils//Ambio. 1984. Vol. 13, N 1. P. 29-33.
2. Fangmeier A., Steubing L. Cadmium and lead in the food web of a forest ecosystem/Atmospheric Pollutants in Forest Areas. Berlin, 1986. P 223-234.
3. Hunter B.A., Johnson M.S. Ecotoxicology of copper and cadmium in a contaminated grasslandecosystem//J. Appl. Ecol. 1987. N 24. P 573-614.
4. Posthuma L., Van Straalen N.M. Heavy-metal adaptation in terrestrial invertebrates: A review of occurrence, genetics, physiology and ecological cosequences//Comp. Biochem. Physiol. 1993. P. 11-38.

В.В. Аникин Россия, Саратов, Саратовский государственный университет