К вопросу о метаболизме тяжелых металлов в организме пчел

Известно, что загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами имеют выраженные мутагенный и канцерогенный эффекты, вызывают отравления (нередко - с летальным исходом) и нарушения самых разных физиологических функций организма. Поэтому исследования миграции тяжелых металлов в биосфере, их перемещение по трофическим цепям, изучение механизмов поступления, накопления и утилизации в биологических объектах очень актуально. Особенно большое значение имеют такие исследования в регионах с развитой металлургической и химической промышленностью, где повышен фоновый уровень содержания тяжелых металлов в окружающей среде.

Степень загрязнения среды токсикантами, как правило, устанавливается при анализе их содержания в почве, воде и воздухе, что сопряжено со значительными затратами труда и времени; при этом биотический компонент экосистем остается за пределами внимания исследователей. Весьма перспективными при мониторинге экосистем являются биологические методы, предполагающие использование в качестве индикатора медоносных пчел - очень чувствительных к загрязнению среды, распространенных и доступных животных. В связи с этим, необходимы детальные исследования свойств апииндикатора, позволяющие установить, в какой степени пчелы и их продукты отражают состояние экосистемы, а также проследить миграцию тяжелых металлов по трофическим цепям, важным звеном которых являются насекомые (в частности, пчелы).

Колбиной Л.М. [1, 2] был проведен анализ динамики железа, меди, марганца, цинка в системе “почва - медоносные растения - пчелы - мед, воск, прополис” на территории Удмуртии. Установлено, что концентрация тяжелых металлов в растениях может возрастать (цинк) или уменьшаться (железо, марганец, медь) по отношению к их содержанию в почве. Концентрация данных элементов в теле пчел была выше, чем в тканях растений. Однако, уровень тяжелых металлов в меде и воске был значительно ниже, чем в тканях пчел, и не превышал ПДК, что позволило говорить о фильтрующей способности пчел. Проведенные исследования помогли выявить как наиболее загрязненные этими металлами территории, так и относительно чистые, и сделать вывод о возможности применения пчел и их продуктов в комплексной оценке состояния окружающей среды в качестве дополнительного информационного канала системы мониторинга.

Для исследования параметров пчелы как биоиндикатора загрязнения среды тяжелыми металлами (на примере железа) нами был поставлен эксперимент, в котором избыточное поступление металла моделировалось путем введения в корм пчел опытной группы на протяжении 2 месяцев железосодержащих добавок. Содержание железа в различных биосредах (меде, воске, молочке, тканях пчел на разных стадиях развития) было определено методом спектрофотометрии.
Результаты анализов позволили нам сделать следующие выводы. Во-первых, при столь значительном (почти в 10 раз) повышении поступления железа “фильтрующая способность” оказывается угнетенной: практически во всех продуктах жизнедеятельности было отмечено увеличение его уровня. Изменения концентрации железа под воздействием его избыточных доз наиболее заметны в меде (в 9.56 раз); в молочке, напротив, концентрация элемента достаточно стабильна (табл. 1).

Таблица 1. Концентрация железа в корме пчел и продуктах их жизнедеятельности

Во-вторых, существенно повышается содержание железа в теле развивающихся особей: на стадии яйца - в 4,7 раза; на 4-6-ые сутки с момента откладки яиц - в 7,2-12,5 раз, на 7-21-ые сутки - в 13,6-15,6 раз, что связано, очевидно, с повышением его уровня в личиночном корме (в молочке, а затем и в меде). Таким образом, изменение содержания железа на предимагинальных стадиях является очень чувствительным показателем превышения его нормального уровня поступления.

В-третьих, заметно увеличивается уровень элемента в теле взрослых насекомых (в среднем - почти в 3 раза), причем в различных частях тела этот эффект проявляется в разной степени (табл. 2). Наиболее стабильное его содержание отмечено в грудных сегментах имаго (особенно в грудных мышцах); в брюшных сегментах, напротив, наблюдается аккумуляция элемента.

Таблица 2. Содержание железа в различных тканях и органах пчел

Увеличение уровня железа в теле пчел и продуктах их жизнедеятельности при избыточном поступлении элемента можно интерпретировать по-разному. С одной стороны, увеличение содержания железа в продуктах жизнедеятельности пчел свидетельствует об усилении экскреции элемента. С другой стороны, можно говорить и об аккумулировании металла («фильтрующей» способности пчел), правда, не в той степени, в какой он поступает в организм. Очевидно, соотношение этих двух разнонаправленных процессов в организме пчел будет меняться в зависимости от концентрации и формы поступающего элемента.

В дальнейшем планируется выявить критический уровень поступления железа, при котором появляются изменения уровня элемента в организме и продуктах жизнедеятельности пчел, и определить среди биосред наиболее чувствительные индикаторы избыточного поступления железа. Кроме того, необходимо исследование чувствительности апииндикаторов (тканей и органов, а также продуктов пчел) к избытому поступлению в организм и других тяжелых металлов - кобальта, никеля, свинца и т.д.

Исследований в области апимониторинга пока мало. Однако, уже сейчас ясно, что создание и внедрение системы мониторинга с помощью пчел и их продуктов позволит эффективно отслеживать состояние окружающей среды, а также обеспечит все предпосылки для создания в стране экологически чистого пчеловодства.

Н.В. Бондарева. ГОУ ВПО Ижевский государственный технический университет

Литература:

1. Колбина Л.М. Загрязнение продуктов пчеловодства тяжелыми металлами в Удмуртии //Вопросы апидологии и пчеловодства. - Ижевск: УГНИИСХРАСХН. - 2000. - с. 67-75.
2. Колбина Л.М. Возможность контроля за состоянием окружающей среды с помощью медоносных пчел//Агроэкология и охрана окружающей среды. Сборник научных докладов Всероссийской научнопрактической конференции. М. - 2001. - с. 73-74.