Эколого-генетические аспекты изучения популяций, обитающих в зоне воздействия горнопромышленных предприятий

Эколого-генетические аспекты изучения популяций, обитающих в зоне воздействия горнопромышленных предприятий

Иванова Е.В.

В условиях выхода российской экономики на мировой рынок резко усилилась тенденция освоения и использования невозобновимых природных ресурсов как основных источников финансовых поступлений в страну, в связи с чем происходит интенсивное расширение производства. При этом зачастую не учитывается специфика ландшафтов и состояние естественных природных сообществ, и глубокие нарушения среды жизни организмов влекут за собой непоправимые последствия.

Целью настоящей работы являлась оценка состояния экосистем в условиях влияния Лебединского и Стойленского горно-обогатительных комбинатов (ГОК), располагающихся на юге Среднерусской возвышенности. В связи с предполагаемым расширением добычи руды, в этом районе был проведен комплексный анализ состояния естественных сообществ. Кроме того, исследование в данном районе диктуется необходимостью сохранения уникального эталонного заповедного участка «Ямская степь», который находится в непосредственной близости от указанных горно-обогатительных комбинатов.

В качестве модельных объектов в данной работе использовались наземные брюхоногие моллюски Bradybaena fruticum, Euomphalia strigella и Chondrula tridens, являющиеся хорошими индикаторами антропогенного воздействия в силу своей малоподвижности и приуроченности к конкретным биотопам, а также наличия локальных популяций в районе влияния предприятий. Исследование проводилось в двух аспектах: с одной стороны, анализировался уровень содержания различных элементов в раковинах моллюсков, с другой стороны, проводился генетический анализ колоний, обитающих в зоне влияния ГОК.

Нами было установлено, что уровень накопления тяжелых металлов организмами снижается по мере удаления от промышленной зоны.

Сопоставление содержания элементов в различных пунктах с условно незагрязненным районом (Ровеньской природный парк, где отсутствуют промышленные предприятия, поэтому концентрация элементов в этом пункте была принята нами как фоновая) проводилось с использованием суммарного химического показателя загрязнения. Согласно полученным данным, в районе исследования выделяются четыре точки наиболее высокого содержания элементов.

Во-первых, это остаток естественной балки вблизи самого карьера Лебединского ГОК (пункт №11).

Во-вторых, в число наиболее загрязненных пунктов попал участок заповедника «Ямская степь». Это балка «Сура» (пункт №3), которая находится в непосредственной зоне пыления хвостохранилища Лебединского ГОК. Здесь отмечено максимальное для района исследования накопление таких элементов, как Be, Cd, Mn, Cu и Zn, и повышенное содержание Se, Co, Sb, As и Fe.

В-третьих, самое высокое значение суммарного химического показателя отмечено в овраге в дубраве возле села Липяги (пункт №10). В этом биотопе, по сравнению с контрольным районом, в раковинах B. fruticum и E. strigella зафиксировано почти восьмикратное превышение содержания Cr (2,5 мкг/кг против 0,3 мкг/кг). Кроме того, здесь отмечены повышенные показатели Cu, Al и Pb.

Указанные выше три пункта (№3, №10, №11) представляют собой понижения рельефа (балки и овраги). Вероятно, в этих биотопах, как естественных собирателях стока, происходит накопление элементов. Весьма показательным в этой связи является пункт №5(«Кладбище»), представляющий собой относительно ровную поверхность недалеко от хвостохранилища Стойленского ГОК. Несмотря на близкое присутствие источника загрязнения, здесь зафиксировано только небольшое превышение по Mn у B. fruticum, и по Al у Ch. tridens. В пункте №1, который представляет собой крутой меловой склон в охранной зоне заповедника «Ямская степь» в раковинах Ch. tridens зафиксировано только повышенное содержание меди. Кроме того, этот склон имеет юго-восточную экспозицию, т.е. как бы «отвернут» от территории ГОК.

Четвертым, наиболее загрязненным пунктом является фруктовый сад возле села Набокино. Но в данном случае, повышенное содержание тяжелых металлов, помимо влияния ГОК, вероятно, связано с применением неочищенных пестицидов и минеральных удобрений в этих сельхозугодиях. Совместное негативное влияние пылевых выбросов и сброса сточных вод, обогащенных токсичными веществами также приводит к существенному загрязнению почв, в том числе используемых в сельскохозяйственном обороте. По литературным данным, содержание свинца в 1,7 раза и кадмия в 1,3 раза превышает соответствующие фоновые значения для черноземов; кроме ухудшения эколого-геохимического состояния изменяются физикохимические свойства почв и снижается их плодородие [1].

Генетический анализ популяций наземных моллюсков B. fruticum и Ch.tridens проводился с использованием генетически детерминированных полиморфных фенов раковины: для B. fruticum: фен П+ - наличие полосы на раковине, фен Ц3 - желтая окраска раковины, гомозиготы по рецессивному аллелю [2] и полиморфных локусов нескольких групп ферментов, выявляемых методом электрофореза белков в ПААГ. Для вида B. fruticum использовался локус мономерной эстеразы, с тремя аллелями, обозначаемыми как a,b,c [3], а для Ch. Tridens - локус мономерной супероксиддисмутазы также с тремя аллелями: h1,h2,h3, наследуемые по кодоминантному типу.

Повышенная частота встречаемости улиток с желтой раковиной в зоне влияния ГОК указывает на неблагоприятный радиоактивный фон в этих районах. Предыдущими исследованиями установлено, что высокая частота встречаемости желтых улиток отмечается в Белгородской области в районах, затронутых чернобыльским радиоактивным следом (Ровеньской и Красненский р-н). Причем наибольшая частота этого фена (0,98) была отмечена нами в заповеднике «Ямская степь». На территории заповедника довольно высока концентрация Ra-226.

Кроме того, увеличение доли полосатых улиток также говорит о действии неблагоприятных факторов на фауну этого региона. Эксперименты, проведенные ранее, выявили, что особи, имеющие полосу на раковине, выживают в более экстремальных условиях благодаря более совершенной энергетике этих моллюсков, отличающихся повышенной окислительной активностью ферментов [4].

В заповедном участке «Ямская степь» отмечается высокая концентрация Ra-226, однако этот элемент составляет естественный радиоактивный фон Земли, в то время как загрязнение вследствие Чернобыльской аварии определяются избыточным присутствием в окружающей среде ионов Cs-137, максимальные показатели по этому элементу наблюдаются не в самом заповеднике, а в пункте «Липяги», где был зафиксирован наибольший суммарный показатель загрязнения. По накоплению радиоактивного K-40 и Th-232 эта территория также значительно превосходит показатели в «Ямской степи».

В популяциях Ch. tridens наблюдается клинальное увеличение частоты гомозиготного генотипа (h2h2) по мере приближения к промышленной зоне.

Проведенный нами кластерный анализ показал, что по соотношению частот аллелей наиболее отклонилась от остальных популяция моллюсков из г. Белгород, где преобладает гомозиготный генотип по аллелю h3, тогда как в других районах частота смещена в сторону аллеля h2. Однако по уровню гомозиготности все крупные промышленные центры сходны, и он имеет очень высокое значение на этих территориях (80%).

Эти данные указывают на усиленный отбор, вызывающий дрейф генов в популяциях моллюсков Губкинского и Старооскольского района. В зоне влияниягорно-обогатительныхкомбинатов происходит обеднение генофонда популяций модельных видов. Сокращение аллельного разнообразия может привести в дальнейшем к вымиранию этих групп.

Список литературы

Иванченко А.М., Дергилев М.А. «Состояние окружающей среды в зоне техногенного влияния горных предприятий Губкинско-Старооскольского района КМА» // Горный журнал. 1998, № 9, с.57-59.

Хохуткин И.М.«О наследовании признака «опоясанности» в естественных популяциях наземного брюхоногого моллюска Bradybaena fruticum Mull.» // Генетика. 1979. Т 15. № 5.

Матекин П.В., Макеева В.М. «Полиморфная система эстераз и пространственная структура вида у кустарниковой улитки (Bradybaena fruticum Mull.)// Журн. Общ. Биол. 1977 Т. 38 №6.

Снегин Э.А. «Эколого-генетические аспекты расселения Bradybaena fruticum Mull. (Mollusca, Gastropoda, Pulmonata) в элементах лесостепного ландшафта», Экология, 2005, № 1.