Адаптация пчелы медоносной apis mellifera l. К химическому и физическому загрязнению окружающей среды на этологическом и морфологическом уровнях
Медоносные пчелы (Apis mellifera L.), ввиду их биологических особенностей, являются одним из самых удобных объектов в экологических, физиологических и биофизических исследованиях. Сотрудниками лаборатории биофизики и экологии ИжГТУ была разработана концепция апимониторинга, обоснована целесообразность введения в практику системы экологического мониторинга с использованием пчел Apis mellifera L. (Ломаев, Бондарева, 2003). Исследование морфогенеза пчел, а также наблюдение за летной активностью полевых пчел включено в регламентные работы апимониторинга.
По изменению этологических и физиологических показателей пчел, наличию в их организме и продуктах жизнедеятельности тяжелых металлов, соединений мышьяка, радионуклидов и других загрязнителей можно оценить экологическую обстановку в данной местности, проследить миграцию элемента в экосистеме и оценить его воздействие на природные биосистемы.
Цель исследований - оценка этологических и морфологических реакции пчел на физическое и химическое загрязнение окружающей среды.
Задачи:
- изучить этологические реакции пчел на воздействие постоянных магнитных полей;
- выявить изменения морфологических характеристик при поступлении избыточных доз мышьяка, железа.
Врожденная чувствительность к слабому геомагнитному полю и соответствующие поведенческие реакции были обнаружены у многих различных видов организмов (Дубров, 1974,Протасов, 1982). В брюшной полости пчел обнаружены небольшие отложения кристаллов магнетита (Gould et al., 1978), но до настоящего времени точно не установлен механизм магнитной чувствительности этих насекомых. Имеются данные о реакциях пчел на изменения электромагнитного поля, а также о воздействии слабых магнитных полей на виляющий танец пчел (Еськов, 1992).
Этологические реакции пчел на воздействие постоянных магнитных полей изучались на шести пчелосемьях среднерусской породы с 15 по 23 июля 2004 года (Бондарева, Кузнецова, 2005). Постоянное магнитное поле создавалось вокруг ульев с помощью катушек Гельмгольца. Подопытные семьи содержались в условиях скомпенсированного геомагнитного поля (H=0) и в условиях гипергеомагнитного поля, когда магнитное поле Земли было усилено в два (H*2), семь (Н*7) и пятнадцать раз (Н*15).
Результаты наших исследований показали, что слабые магнитные поля не оказывают существенного влияния на этологические реакции пчел. Однако, в гипергеомагнитных полях (H*7, H*15) отмечалась неуверенность пчел-сборщиц при посадке на леток и значительное повышение агрессивности пчел-сторожей.
Накопление токсических веществ в организме является пусковым механизмом адаптационных реакций, которые либо стимулируются, либо подавляются. С другой стороны, когда адаптационные возможности организма исчерпаны и не обеспечивают сохранность гомеостаза организма на уровне, совместимым с нормальной жизнедеятельностью, развивается патологическое состояние, тяжесть которого зависит от кумулятивного эффекта яда, который определяется биологической активностью вещества и продуктов его метаболизма.
Отравление пчел токсическими веществами связано в основном с широким использованием пестицидов для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и промышленными выбросами различных предприятий. Поступающие в окружающую среду в виде газообразных, жидких или твердых частиц различные химические вещества обычно заносятся пчелами в улей, и их концентрация в гнезде может быть в 1000-100000 раз больше, чем в воздухе и в растениях. Благодаря этой особенности гнезда пчел используют для индикации состояния окружающей среды.
Воздействие токсикантов на биосистемы можно установить по некоторым физиологическим показателям пчел, например, проявляющимся аномалиям развития особей (Ломаев, Бондарева, 2003). Пчелы на ранних стадиях развития не способны к выведению отравляющих веществ из организма, а потому – наиболее чувствительны к их воздействию. Мышьяк и железо обладают выраженным токсическим и мутагенным эффектами. Их поступление в окружающую среду даже в небольших количествах неизбежно сказывается на жизнеспособности развивающихся пчел и на формирование органов в онтогенезе. Отравление химическим препаратом отдельных членов семьи, как правило, может повести к патологическим изменениям в семье в целом, приводящим к торможению ее роста и развития или к гибели (Кривцов, Лебедев, 1999).
На экспериментальной пасеке в период с 14.09.05 по 22.09.05 производилась подкормка семи пчелиных семей сахарным сиропом с различным количеством мышьяка и железа. В сахарный сироп добавляли раствор арсенита кальция – Ca3(AsO3)2 Концентрации мышьяка в сиропе составляла 0.0026, 0.00536, 0.009, 0.0119 мг/л. Для приготовления сиропа с железом использовали раствор хлорида железа III – FeCl3, концентрация железа составляла – 1.5мг/л, 2.5 мг/л.
Произведено морфометрическое исследование 420 пчел по стандартной методике оценки экстерьера Кожевникова Г.А. и Алпатова В.В. (Рыбное,2002). Некоторые химические вещества могут задерживаться в организме, поскольку процессы их метаболизма протекают медленно. Такие вещества при повторном воздействии способны накапливаться в различных тканях, что в конечном итоге приводит к развитию интоксикации, часто заканчивающейся гибелью. Такой вид кумуляции называется материальной.
Чаще всего, попадая в организм, вещество подвергается быстрому распаду и, при повторном воздействии, происходит накопление токсичных метаболитов, вызывающих патологические изменения. В нашем эксперименте мы можем говорить о функциональной кумуляции.
Рисунок. Изменение длины хоботка.
Кормление сиропом с концентрациями железа 1.5 мг/л и 2.5 мг/л вызвало уменьшение длины хоботка на 7.26% и 12.35% соответственно.
Рисунок. Изменение длины хоботка.
В ходе исследований было установлено отрицательное влияние мышьяка и железа на длину хоботка пчел. Выраженное воздействие оказали концентрации мышьяка 0.009мг/л и 0.0119 мг/л. Выявлены явные отклонения от контрольных показателей в семьях №3 и №4 в длине хоботка. Она уменьшилась на 16.5% и 19.1%.
Следует также отметить, что концентрации мышьяка 0.0026мг/л и 0.00536мг/л не оказали выраженного воздействия на морфогенез пчел. Становление надклеточной организации в развивающемся организме однозначно детермированно, с одной стороны, информацией, закодированной в геноме, с другой – условиями, в которых протекает развитие (Белинцев, 1991). Как мутации, так и ряд простых физических воздействий, не затрагивающих генетического аппарата (но влияющих на условия развития), дают воспроизводимые эффекты морфогенеза.
Поступление избыточных доз токсикантов (мышьяка и железа) вызвало укорочение длины хоботка, что, несомненно, должно отрицательно сказаться на продуктивности пчел. На остальные морфометрические признаки мышьяк и железо не оказали столь существенного влияния. Возможно, это связано с меньшей изменчивостью и чувствительностью остальных морфометрических признаков.
Установленный уровень кумулятивных и адаптационных свойств химических агентов позволяет предсказать способность вещества вызывать хроническую интоксикацию и другие патологические эффекты. Полученные данные могут быть использованы для правильного выбора чувствительных и информативных биохимических, физиологических, патоморфологических и др. показателей для определения пороговых доз и концентраций и при обосновании гигиенических нормативов.
Выводы:
- В условиях слабых полей (гипогеомагнитного, а также магнитного поля, превышающего естественный фон в 2 раза) не отмечено этологических реакций пчел: летная активность и агрессивность особей не отличалась от контрольных показателей/ Магнитные поля (превышающие естественный фон в 7 и 15 раз) оказывают наиболее заметное воздействие на пчел: отмечена неуверенность пчел - сборщиц при посадке на леток и повышение агрессивности пчел-сторожей.
- Пчелы обладают устойчивостью к низким концентрациям мышьяка (0,0026мг/л и 0,00536 мг/л) по всем признакам.
Влияние более высоких концентраций мышьяка (0.009 мг/л и 0.0119 мг/л) и железа (1.5 мг/л и 2.5 мг/л), оказывающих негативное воздействие, целесообразно определять по длине хоботка. - Обладая высокой чувствительностью к физическим и химическим загрязнителям, пчелы могут быть использованы как реакционный индикатор в апимониторинге.
Е. Е. Кузнецова. Удмуртский государственный университет
Список литературы.
- Белинцев Б.Н. Физические основы биологического формообразования / Под ред. М. В. Волькенштейна. – М.: Наука,1991.256 с.
- Бондарева Н.В., Кузнецова Е.Е. Этологические реакции медоносных пчел на искусственные магнитные поля// Апидология и пчеловодство. Ижевск, 2005. С 34-37.
- Дубров А.П. Геомагнитное поле и жизнь. Л.: Гидрометеоиздат,1974.176 с.
- Еськов Е.К. Этология медоносной пчелы. М.: Колос,1992. 336 с.
- Кривцов Н.И., Лебедев В.И., Туников Г.М. Пчеловодство. - Москва: Колос,1999. 398 с.
- Ломаев Г.В., Бондарева Н.В. К вопросу об апимониторинге загрязнений окружающей среды тяжелыми металлами //Вопросы экологии и природопользования в аграрном секторе: Мат. Всерос. н.-практ. конф. Ижевск, 20 - 23 июня 2003 г. М.:АНК. 2003. – С. 180 – 184.
- Методы проведения научно-исследовательских работ в пчеловодстве. Рыбное: ГУ НИИП, 2002. С. 64 – 68.
- Протасов В.Р., Бондарчук А.И., Ольшанский В.М. Введение в электроэкологию. М.: Наука,1982.336 с.
- Gould J.L., Kirschvink J.L., Deffeyes K. S. // Science.1978.V.201. №4360.P.1269