Выживаемость адаптированных и неадаптированных эмбрионов в растворах фенола

 

 

Примечание. Через 48 ч с начала аксперимента у контрольных эмбрионов произошло наполнение воздухом плавательного пузыря. Эмбрионы перешли на смешанное питание, поэтому опыт был прекращен.

 

Результаты этих опытов показывают, что па ранних этапах онтогенеза у рыб можно вызвать временную адаптацию к токсическому действию некоторых ядов. Из данных, представленных выше, видно, что хотя у рыб и можно выявить адаптацию к ядам органического ряда, однако она носит временный характер и представляет собой фазу резистентности общего адаптационного синдрома, которая затем сменяется фазой истощения, характеризующейся пониженной устойчивостью организма к ядам [163]. Этот вывод об адаптации к токсикантам как фазе развития токсического процесса, сформулированный нами впервые на основе экспериментальных данных, полученных в опытах на рыбах, был подтвержден впоследствии в различных -опытах на теплокровных позвоночных [199, 63]. Иными словами, в условиях длительного воздействия токсических веществ холоднокровные (рыбы) и теплокровные (млекопитающие) позвоночные реагируют однотипно: вслед за адаптацией наступает фаза срыва компенсаторных реакций и выраженной интоксикации, что позволяет рассматривать адаптацию позвоночных животных к токсическим веществам как фазу хронического отравления.

Итак, рыбы обладают способностью индивидуальной компенсаторной адаптации к токсическим веществам, поэта адаптация носит временный характер, и ее следует рассматривать как фазу резистентности в трехкомпонентной реакции организма на стрессорное воздействие химической природы. К сожалению, в последние годы появились публикации, которые в значительной мере запутали этот достаточно ясный вопрос.

Так противоречивые экспериментальные данные представлены Б. А. Флеровым [359, 362, 364)] по адаптации групп к феиолу. В первом из этих сообщений [3591 автор писал: «рыбы, выдерживавшиеся в субтокенчеекпх концентрациях на протяжении 2 мес, проявили значительно большую устойчивость (44% выживания) в растворе с минимальной смертельной концентрацией, чем контрольные (10% выживания), не подвергавшиеся предварительному воздействию. Различие статистически достоверно в 99% случаев» (с. 54). Следовательно, автору удалось выявить наличие фенотипическои индивидуальной адаптации у гуппи к фенолу даже более выраженной (увеличение процента выживаемости подопытных рыо в 4 раза в сравнении с контрольными), чем в наших опытах на карасях. Однако через 2 года появилась новая публикация Б. А. Флерова [362], выполненная также па модели фенолыюй интоксикации гуппи в идентичных, методических условиях, в которой автор приходит к диаметрально противоположному выводу: «ни в одном случае не удалось выявить статистически достоверный адаптационный эффект, т. е. превышение устойчивости рыб, предварительно находившихся в растворах с низкими концентрациями яда по сравнению с контролем» (с. 104).

Автор не объясняет столь разительного противоречия между собственными экспериментальными данными и выводами, которые он делает на основе этих данных в публикациях, разделенных всего двухлетним сроком. Более того, он сопоставляет результаты своих опытов, опубликованных в 1970 г., не с собственными данными, полученными также на гуппи и опубликованными в 1968 г., а с результатами наших экспериментов, проведенных на карасях, и пишет: «Таким образом, весь фактический материал (670 экз.) свидетельствует о том, что гуппи не адаптируются к субтоксическим концентрациям органического ряда — фенола. Даже длительная экспозиция (вторая серия) не оказала никакого воздействия на результат эксперимента. Проведенное исследование не выявило эффекта адаптации, который в некоторых случаях отмечал В. И. Лукьяненко. Различие в результатах мы относим за счет недостаточного количества опытов, выполненных В. И. Лукьянепко» (с. 105—106.). В связи с этим напомню, что мы провели 5 серий опытов на карасях, а Б. А. Флеров — только три серии опытов на гуппи.

Однако обратимся к фактической стороне работы, выполненной на гуппи в 1970 г. В первой серии опытов подопытные рыбы, находившиеся в растворе фенола концентрацией 12,5 мг/л в течение недели, проявили высокую устойчивость к тестирующему раствору фенола (37,5 мг/л). Среднее время выживания подопытных рыб этой группы составило 6 сут (144 ч), а контрольных — 4,9 сут (118 ч). Автор ограничился мимолетным замечанием о том, что «некоторую тенденцию к приобретению резистентности продемонстрировали лишь особи, пребывавшие в течение недели в концентрации 12,5 мг/л» (с. 104), а в итоге игнорировал эти материалы, заявив, что «гуппи не адаптируются к субтоксическим концентрациям органического ряда — фенола» (с. 105).

В следующей своей работе [364] по адаптации гуппи к фенолу и полихлорпинсну автор вновь приводит первичные данные, из которых следует, что гуппи способны приобретать повышенную индивидуальную устойчивость к обоим токсикантам. Четырехсуточное выдерживание подопытных гуппи в растворе фенола концентрацией 10 мг/л приводило к четко выраженному кратковременному повышению устойчивости адаптированных рыб к остротоксичной концентрации фенола (200 мг/л) и к менее выраженному, но вполне заметному повышению устойчивости части адаптированных гуппи (слабоустойчивых) к концентрации фенола 100 мг/л. «Результаты экспериментов с промышленным полихлорпиненом при температуре 20-21°С показывают (табл. 1), что пребывание подопытных рыб в субтоксичсских концентрациях не оказывало влияния на устойчивость к смертельным концентрациям ихтиоцида» [364, с. 62—63]. В таблице, на которую ссылается автор, сгруппированы результаты двух опытов. В первом из них адаптация гуппи к полихлорпинену длилась всего 2 сут (!), да еще при концентрации яда 0,2 мг/л, т. е. всего лишь в 2,5 раза меньше той, которая использовалась в качестве тестирующей (0,5 мг/л), вызывающей гибель контрольных рыб всего лишь за 2 сут. Во втором опыте адаптация рыб к полихлорпинену продолжалась всего 5 сут, однако при меньшей концентрации яда, чем в первом опыте, — 0,02 мг/л. Но даже при такой быстротечной адаптации подопытные гуппи прожили в тестирующем растворе ихтиоцида (0,3 мг/л) на 48 ч больше (240 ч), чем контрольные (192 ч). Результаты этих опытов автор вообще не замечает, считая, видимо, выявленные различия несущественными.

Анализируя фактические данные, полученные Б. А. Флеровым [362, 364], и схему постановки опытов, направленных на выявление фенотипической индивидуальной адаптации рыб, можно сделать вывод, что неудача, постигшая автора, состоит в методических просчетах: неправильном подборе концентраций токсических веществ, использованных в качестве адаптогенных и тестирующих и, что самое главное, неправильном выборе временных интервалов для создания повышенной устойчивости организма. Эти интервалы были либо слишком укороченными (в опытах с полихлорпиненом от 2 до 5 сут), либо слишком продолжительными (в опытах с фенолом от 4 до 20 мес). Это тем более досадно, что в нашей работе по адаптации карасей [163], на которую ссылался автор, специально обращалось внимание на значение длительности предварительного выдерживания адаптируемых рыб в развитии процессов компенсаторной адаптации, диалектически связанной с другим токсикологическим феноменом — кумуляцией, в частности функциональной кумуляцией, т. е. накоплением токсического эффекта.

Напомним, что в наших опытах на модели фенолыюй интоксикации карасей выдерживание рыб в растворах фенола концентрацией 1 и 5 мг/л в течение 15 и 10 сут не приводило к развитию компенсаторной адаптации. Только при оптимальном для данного вида рыб времени адаптации к раствору фенола концентрацией 1-5 мг/л, равном 40-45 сут, имело место четко выраженное увеличение устойчивости подопытных рыб в сравнении с устойчивостью контрольных к тестирующим концентрациям фенола (50 — 200 мг/л) — все остротоксичные. Увеличение времени предварительного контакта адаптируемых рыб с раствором фенола концентрацией 5 мг/л всего на 15 сут (т. е. до 2 мес) приводило к срыву компенсаторных механизмов и развитию противоположного эффекта — кумуляции.

В этой же работе специальное внимание было уделено адаптогенным концентрациям, т. е. таким, которые могут вызвать в организме развитие компенсаторных реакций, обеспечивающих либо достаточно долгое выживание рыб при заданной концентрации токсиканта, либо увеличение времени выживания подопытных особей по сравнению с временем выживания контрольных в остротоксичных растворах.

Кстати, длительное 4- и 20-месячное выживание гуппи в растворах яда концентрацией 12,5 мг/л — это тоже проявление индивидуальной, причем длительной адаптации, против существования которой так категорично возражает Б. А. Флеров на том основании, что рыбы, выдержанные в этой субтоксической концентрации, оказались не в силах противостоять еще более высоким концентрациям фенола. Ведь концентрация фенола 12,5 мг/л, а тем более 16,7 мг/л вызывает у гуппи на первых этапах их контакта с ядом тяжелейшую патологию прежде всего со стороны высшей нервной деятельности. Фенол концентрацией 12,5 мг/л настолько подавляет высшую нервную деятельность рыб, что выработка условных рефлексов у них оказывается просто невозможной, а у рыб с выработанными рефлексами имеет место почти полное подавление условных рефлексов с последующим полным срывом высшей нервной деятельности [216]. Концентрация фенола 12,5 мг/л вызывает у рыб сильное угнетение двигательной, пищевой и сексуальной активности. «В этом растворе половые реакции гуппи угнетены по сравнению с контрольными рыбами в 77% случаев, причем в 20% из них полностью подавлены» (с. 165). Возникает вопрос: как же можно использовать эту концентрацию, а тем более концентрацию фенола 16,7 мг/л, вызывающую еще более глубокую патологию, в качестве адаптогенной концентрации, способной вызывать мягкую перестройку организма и компенсаторную адаптацию к более высоким концентрациям вещества. Итак, сам по себе факт длительного (20-месячного) выживания гуппи в растворе фенола концентрацией 12,5 мг/л свидетельствует о способности этих рыб приобретать повышенную устойчивость к яду. Об этом говорят и прямые экспериментальные данные, полученные на тех же гуппи при той же концентрации фенола В. Е. Матей [213]. Она провела специальное изучение адаптации гуппи к фенолу методом условных рефлексов и показала, что после 2-месячного нахождения рыб в растворе фенола (12,5 мг/л) уровень условно-рефлекторной деятельности у них резко повысился. «Если раньше четкие условные реакции у них не вырабатывались, — пишет В. Е. Матей, — то теперь уровень условно-рефлекторной деятельности лишь незначительно отличался от контроля: процент проявления реакций достиг 92, сила условных рефлексов — 4,5 усл. ед., латентный период уменьшился до 5,0 с. Приведенные данные показывают, что за время, в течение которого рыбы находились в феноле без выработки условных рефлексов, произошла их адаптация (разрядка наша — В. Л.) к фенолу» (с. 52). К этому выводу, полученному па основе методически правильных опытов, как говорится, — добавить нечего.

Завершая критический анализ публикаций Б. А. Флерова, посвященных проблеме адаптации рыб к ядам, необходимо остановиться также на своеобразии его трактовки термина «адаптация». Полемизируя с В. Мелэци [687], подтвердившим способность рыб адаптироваться к остротоксичным концентрациям разных веществ и предложившим даже «коэффициент приспособления», Б. А. Флеров [365] пишет: «Свидетельствуют ли подобные результаты о существовании у рыб индивидуального приспособления к токсическому воздействию? Нам представляется, чте; нет. Приведенные выше данные говорят о способности рыб к акклимации (разрядка наша — В. Л.) — кратковременной компенсаторной реакции. Она обнаруживается при коротком периоде адаптации в низких концентрациях и при последующем воздействии сильно токсическими концентрациями (смерть наступает, как правило, на протяжении нескольких часов) и бистро истощается. Под адаптацией следует понимать не просто факт повышения устойчивости подопытных объектов но сравнению с контролем, а процесс приобретения гидробионтами индивидуальной устойчивости в результате их пребывания в низких концентрациях токсиканта, которая сохраняется сравнительно долгое время на протяжении нескольких суток и более. Такой эффект выявляется, если в тестирующем растворе гибель происходит по меньшей мере в течение нескольких дней. Нам представляется, что такое понимание адаптации предпочтительнее, поскольку для жизни в водоеме кратковременное приспособление вряд ли играет какую-либо существенную роль. Для сохранности той или иной популяции важна именно длительная способность к переживанию» [365, с. 15].

С такой весьма своеобразной позицией автора вряд ли можно согласиться по многим причинам. Во-первых, для жизни в реальном водоеме кратковременное приспособление к токсиканту отдельной особи или популяции рыб не менее важно, чем длительное, ибо рыбы довольно часто испытывают именно кратковременные повышенные токсические нагрузки (аварийные сбросы высокотоксичных неочищенных вод в реки, попадание рыб в зону высокого загрязнения во время разного рода миграций, преднамеренная обработка водоемов быстроразрушающимися пестицидами или поступление пестицидов с талыми водами и т. д.). Да и в случае постоянного загрязнения химическими веществами того или иного участка большого водоема рыбы, попадая в эти участки, уходят (реакция избегания). Следовательно, и в этом случае их контакт с повышенными концентрациями вредных веществ имеет кратковременный характер. Все это свидетельствует о том, что «кратковременное приспособление» может играть и, видимо, играет весьма существенную роль в исходе кратковременного контакта рыб с ядом и потому нуждается в глубоком изучении.

Во-вторых, рекомендация автора понимать под адаптацией организма «непросто факт повышения устойчивости», а устойчивость, которая «сохраняется длительное время» (несколько суток) воспринимается как нечто надуманное, противоречащее общепринятой точке зрения. Адаптация организма к токсиканту есть приспособление, суть, которого заключается именно в самом факте повышения устойчивости, т. е. кратковременном или более длительном (если рыба по какой-либо причине не может покинуть загрязненную зону водоема) выживании с последующей полной или частичной обратимостью развившегося токсического процесса. Условно ограничивать этот процесс длительным временем — значит, суживать круг вопросов, требующих своего изучения.

И, наконец, в-третьих, Б. А. Флеров искусственно противопоставляет адаптацию или индивидуальное приспособление и акклн-мацию «рыб к токсикантам как кратковременную компенсаторную реакцию. Такое понимание акклимации противоречит общепринятым современным представлениям, суть которых четко сформулирована К. Проссером [292]: акклимация — это «компенсаторное изменение, возникающее в организме в ответ на длительное отклонение какого-то одного фактора внешней среды (обычно в лабораторных условиях) от первоначального уровня» (с. 19). Мы уже отмечали, что термин «акклимация» характеризует приспособление организма к экологически неустранимым факторам (соленость, температура и т. д.), а потому неадекватен при описании приспособления к патологическим, в данном случае токсическим, факторам. И хотя в последней очень интересной работе В. В. Хлебовича [377] есть раздел, специально посвященный вопросам акклимации к токсикантам, автор использует этот термин чаще как синоним адаптации. Словом, акклимация — это не кратковременная компенсаторная реакция, а приспособительная реакция организма на какой-то один природный фактор, к которым токсиканты, в частности пестициды, никак нельзя отнести.

Следует особо подчеркнуть, что мнение Б. А. Флерова [365] об отсутствии у рыб способности приобретать индивидуальную устойчивость, т. е. адаптироваться к токсикантам, находится в разительном противоречий с абсолютным большинством экспериментальных данных, как новейших, так и полученные до его публикаций.

Напомним, что в зарубежной литературе первые фрагментарные сведения по адаптации рыб к различным ядам стали появляться в начале 50-х годов [517, 565, 735, 411, 659, 469]. Показано, что устойчивость рыб к некоторым дезинфикаторам увеличивается после предварительного выдерживания особей в растворах с песмер-тельными концентрациями. Если в начале опытов рыбы погибали при концентрации яда 5 мг/л, то впоследствии они выдерживали концентрации от 9 до 36 мг/л [517, 659]. Аналогичный эффект — повышение устойчивости рыб, о которой судили по времени их выживания после предварительного контакта с токсикантами, отмечен в опытах с цинком [565, 411] и медыо [735].

Серия работ по адаптации рыб к фенолу выполнена [469, 163, 867, 213]. Во всех этих работах выявлен адаптационный эффект, о чем свидетельствуют выживаемость рыб и некоторые показатели их физиологического состояния. Постепенное увеличение концентрации фенола от 6 до 13 мг/л на протяжении 7 сут повышала устойчивость адаптированных окуней к тестирующему раствору-фенола концентрацией 18 мг/л. Время проявления токсического эффекта у адаптированных окуней при этой концентрации фенола составляло в среднем 69 мин, что в 3,5 раза больше, чем у неадаптированных рыб (19,2 мин).

Обстоятельное изучение адаптации некоторых видов рыб (Phoxinus phoxinus, Rhodeus sericeus amarus) выполнено В. Мелэци [687]. В качестве токсикантов использованы фенол, ртуть, цианиды, аммоний, цинк, свинец и хром. Подопытных рыб выдерживали в сублетальных концентрациях яда от 2 до 4 сут, затем подвергали воздействию этих же веществ в остротоксичных концентрациях. Для оценки выраженности адаптационного эффекта рассчитывали коэффициент приспособления, представляющий собой отношение времени выживания 50 % адаптированных рыб к времени выживания контрольных. В опытах со всеми веществами обнаружено повышение устойчивости адаптированных рыб, хотя выраженность эффекта зависела от природы вещества, времени адаптации и индивидуальных особенностей рыб. В большинстве опытов коэффициент адаптации рыб составлял от 1,2 до 2,2 и в опытах с фенолом оказался весьма высоким — 2,1. По вполне понятным причинам коэффициент приспособления оказался ниже у тех рыб, которые дольше выдерживались в растворах яда сублетальных концентраций (развитие трудно компенсируемых нарушений гомеостаза).

Результаты опытов В. Мелэци подверглись острой критике Б. А. Флеровым [365] па том основании, что автор выдерживал подопытных рыб в субтоксических растворах только 2-4 сут вместо 14 сут, необходимых для акклимации рыб к природным факторам [378]. Однако следует напомнить, что 14-суточная акклимации рыб имеет место в опытах с экологически «неустранимыми» факторами, но никак не в опытах с токсикантами. Здесь выступают другие закономерности; и глубина адаптации определяется не только временем выдерживания рыб в токсических, растворах, но и сонцентрацией последних, а также природой яда и видом рыб [163]. Оценивая данные В. Мелэци [687], Б. А. Флеров [365] пишет: «из-за слишком короткой экспозиции в сублетальных концентрациях и высокой тестирующей концентрации автор, по нашему мнению, имел дело с кратковременной компенсаторной реакцией, а не с явлением фенотипической адаптации». Любопытно, что в собственнных опытах, поставленных с целью выявления способности гуппи адаптироваться к полихлорпинену, Б. А. Флеров [364] использовал точно такую же кратковременную экспозицию (2 и 5 сут) и остротоксичную тестирующую концентрацию пестицида (0,5 мг/л), однако считал, что он изучает адаптацию рыб, а не акклимацию.

Избранная В. Мелэци схема постановки опыта вполне правомерна, ибо чем выше сублетальная концентрация токсиканта, в которой выдерживают подопытных рыб, тем короче должно быть время экспозиции, чтобы были запущены компенсаторные реакции, но не успели развиться необратимые патологические нарушения. Конечно, лучше экспериментальным путем найти оптимальное соотношение между «адаптогенной» концентрацией вещества и временем экспозиции адаптируемых рыб в токсическом растворе, как это было в наших опытах с фенолом [163]. Но факт остается фактом: рыбы способны приобретать повышенную устойчивость даже при кратковременной адаптации к токсикантам. Об этом свидетельствует совпадение выводов В. Мелэци [687] с выводами других авторов, изучавших адаптацию рыб к солям тяжелых металлов [565, 411, 735, 663], фенолу [163, 213] и аммонию [774, 349], причем в последних двух работах, как и в нашей [163], адаптация рыб к токсикантам осуществлялась значительно более 2 нед.

В первой из этих двух работ (774] форель адаптировалась в течение трех недель в субтоксической концентрации, а затем подвергалась воздействию остротоксичной концентрации NH₃. Процент выживаемости адаптированных рыб (100%) оказался в два раза выше чем контрольных (50 %).

Эти данные были подтверждены и значительно расширены Р. Турстоном [349], обнаружившим весьма интересный факт: предварительно адаптированная радужная форель приобретала повышенную индивидуальную устойчивость к остротоксичным концентрациям аммония, однако перевод адаптированной рыбы в чистую воду приводил через 2 сут к утрате приобретенной ею устойчивости. Наконец, в работе, выполненной Г. В. Поповой [281], представлены новые доказательства наличия у рыб индивидуальной адаптации к токсическим веществам. Двухмесячное выдерживание карпов в растворе прометрина (0,1 мг/л) резко повышало устойчивость адаптированных рыб в сравнении с устойчивостью контрольных. Это проявилось как в увеличении процента выживания адаптированных рыб в растворе прометрина концентрацией 15 мг/л в течение 24 ч (100%-ное выживание адаптированных и 100%-ная гибель контрольных), так и в значительном увеличении времени выживания адаптированных рыб в остротоксичной концентрации яда. Интересно другое — чувствительность к ядам адаптированных рыб, показателем которой служили поведенческие реакции и некоторые гематологические параметры, оказалась выше чувствительности интактных рыб. Неспнецифическое повышение устойчивости карпов к остротоксичной концентрации прометрииа (20 мг/л) можно вызвать длительным (2-месячным) лишением рыб пищи. В опытах с другим пестицидом — абатом — автор выявила лишь кратковременное повышение устойчивости рыб к токсиканту, после которого наблюдались срыв защитных компенсаторных механизмов и более интенсивное развитие интоксикации. На основе полученных данных автор приходит к вполне обоснованному выводу о том, что «привыкание, характеризующееся временным повышением устойчивости организма к токсиканту, сменяется фазой истощения, наступающей вследствие нарушения компенсаторно-приспособительных механизмов, обусловленного длительным влиянием раздражителя» [163].

Совокупность накопленных к настоящему времени экспериментальных данных однозначно свидетельствует о наличии у рыб фенотинической компенсаторной адаптации к токсическим веществам. Она представляет собой результирующую максимального напряжения компенсаторных механизмов и потому, естественно, носит временный характер, обеспечивающий выживание особи в кратковременных экстремальных условиях. Если воздействие яда на организм длительное, т. с. носит хронический характер, то вслед за компенсаторной адаптацией неизбежно наступают истощение организма, срыв компенсаторных механизмов и развитие выраженной интоксикации. Однако даже кратковременная адаптация рыб к ядам имеет приспособительное значение и играет существенную роль в природе. Отрицание этого факта основано на методически несовершенных опытах, некорректной интерпретации их результатов и субъективном толковании понятия «адаптация».

Сегодня необходимо перейти к следующему этапу экспериментальной разработки проблемы индивидуальной адаптации рыб к токсическим веществам — выявлению конкретных механизмов этого феномена. Работы в этом плане на рыбах практически отсутствуют. Между тем общая и санитарная токсикология далеко продвинулась на пути расшифровки механизмов фенотипической адаптации (привыкания) теплокровных животных к токсическим веществам. Выявлены общие и частные механизмы адаптации животных на разных уровнях организации, зависимость этого сложного процесса от природы яда, его концентрации и путей поступления в организм, а также от видовых, возрастных и индивидуальных особенностей организма [199, 63]. Контакт организма с токсикантом приводит к включению различных механизмов, препятствующих поступлению яда в кровяное русло и внутренние органы, снижающих концентрацию токсиканта в организме за счет его связывания с полисахаридами и белками в крови, депонирования в нейтральных тканях, усиления детоксицирующих процессов и ускорения элиминации из организма. Наряду с этим снижается проницаемость клеточных мембран контактирующих поверхностей и гистогемэтических барьеров внутри организма, увеличивается сорбцнонная и детоксикационная способность барьерных систем и, наконец, снижается чувствительность, а точнее, повышается устойчивость клеток, тканей и органов-мишеней. Таким образом, компенсаторная адаптация организма — это сложное взаимодействие десятков физиолого-биохимических процессов, обеспечивающих его выживание в условиях краткосрочного или более длительного воздействия на организм стрессорных раздражителей химической природы, к которым относятся и различные токсиканты.

Важная роль в развитии компенсаторной адаптации принадлежит ферментным системам организма. Например, в основе адаптационных механизмов, развивающихся у теплокровных животных при действии фосфорорганических соединений, лежит усиление синтеза ацетнлхолинэстеразы, облегчение и ускорение процесса реактивации фермента и устойчивое функционирование комплекса ацетил-холин-ацетилхолингстсразы на новом уровне [139].

Учитывая однотипность реакций рыб и теплокровных животных на токсические вещества, сходство механизмов развития токсического процесса, вызванного той или иной группой веществ, есть основания полагать, что и механизмы фенотипической физиологической адаптации у рыб и других классов позвоночных животных будут сходными. Завершая критический анализ экспериментальных данных по адаптации рыб к ядам, рассмотрим еще один аспект этой проблемы.

В 60-х годах стали появляться сообщения о повышенной устойчивости к ДДТ гамбузий, обитающих в водоемах, обрабатывавшихся этим пестицидом [464, 505]. Дальнейшее изучение этого вопроса показало [603, 848, 849, 546, 547, 474], что повышение токсико-резистентности гамбузий в естественных условиях действительно может иметь место. Так, СL₅₀ устойчивых гамбузий, отловленных в дренажных каналах оросительной системы дельты р. Миссисипи, в десятки и сотни раз выше, чем СL₅₀нормальных рыб [603, 849]. Правда, адаптация рыб к токсикантам носит нсспецифический характер. Гамбузии приобретают повышенную устойчивость не только к хлорорганическим пестицидам, применявшимся вблизи данного дренажного водоема, но и к другим, в частности, к стробану [546, 547].

Предприняты попытки раскрыть природу повышенной устойчивости популяций некоторых видов рыб, обитающих в загрязненных водоемах, к токсическим веществам. Теоретически мыслимы три варианта формирования в водоеме устойчивой к ядам популяции. Первый из них — генотиннческая адаптация популяции, в основе которой лежат элиминация слабоустойчнвых особей, выживание особей с повышенной устойчивостью, размножение этих особей, увеличение их численности, обусловливающие формирование в водоеме резистентной к данному токсикату популяции того или иного вида рыб. Второй вариант — постепенное (из поколения в поколение) повышение устойчивости каждой особи конкретной популяции или большинства ее особей к той или иной группе веществ, т. е. фенотипнческая или физиологическая адаптация. Наконец, в основе третьего варианта формирования устойчивой популяции рыб в загрязненном водоеме могут лежать механизмы генотипической и фенотипической адаптации, удельный вес которых определяется видовыми особенностями рыб, условиями их обитания, природой токсического фактора и его концентрацией. Следует особо подчеркнуть трудность экспериментального анализа природы адаптации популяций рыб, обитающих в естественных водоемах. Тем не менее такие попытки предпринимаются. Одна из них выполнена Б. А. Флеровым [364] на модели фенольной интоксикации гуппи. В опытах использовано 100 рыб (50 самок и 50 самнов), которые были помещены в раствор фенола концентрацией 37,5 мг/л при температуре 20-21°С. 95% подопытных рыб погибли в течение 24 ч (1±0,1 сут), а оставшиеся в живых 5 рыб (3 самца и 2 самки) помещены в чистую воду. Через 15 сут после отравления рыб самок подсаживали к самцам для получения потомства, которое подращивали до наступления половой зрелости (4-5-месячиый возраст), и затем вновь помещал в раствор фенола (37,5 мг/л). Гуппи первого поколения выживали в течение 4,9±0,6 сут, гуинн второго поколения — 4,7±0,1 сут, и гуппи третьего поколения — 6,5±0,2 сут. На основе этих данных автор приходит к выводу, что «устойчивость уже первого поколения рыб значительно (судя по среднему времени выживания, в пять раз) превышала таковую исходного. Резистентность гуппи второго поколения практически не отличалась от первого. У рыб третьего поколения устойчивость к фенолу достоверно повышалась даже по сравнению со вторым поколением, а по отношению к исходному она была выше в 6,5 раза» (с. 65). И далее «установленный факт приобретения рыбами повышенной резистентности в последующих поколениях (большее время выживания в остротоксическнх растворах) со всей очевидностью свидетельствует о том, что приспособление гидробнонтов к токсическому фактору (в нашем случае повышение устойчивости рыб к фенилу) происходит в результате отбора — сохранения наиболее устойчивых организмов и элиминации слабых» (с. 66). Однако с подобным утверждением едва ли можно согласиться и вот по какой причине.

Среднее время выживания исходного (контрольного) поколения гуппи в растворе фенола концентрацией 37,5 мг/л, равное 1±0,1 сут, оказалось патологически низким, резко отличным от времени выживания других контрольных групп гуппи, использованных Б. А. Флеровым [364], при идентичной концентрации фенола и одинаковых условиях проведения опытов. Приведем несколько примеров. В табл. 1 этой работы указано, что среднее время выживания 141 экз. контрольных гуппи в растворе фенола концентраций 37,5 мг/л и температурой 18-20° С составило 4,9±0,31 сут. В табл. 2 приведено среднее время выживания 62 экз. контрольных рыб этого же вида в растворе фенола концентрацией. 37,5 мг/л. равное 5,8±0,31 сут, а в табл. 3 — среднее время выживания 30 экз. контрольных гуппи — 4±0,65 сут и 27 экз. контрольных рыб — 4,2±0,42 сут.

Таким образом, среднее время выживания контрольных рыб, т. е. гуппи, не подвергавшихся предварительной обработке фенолом в той или иной концентрации. (10 повторностей на 260 экз. гуппи), варьировало, по данным Б. А. Флерова [362], от 4,0 до 5,8 сут (в среднем 4,7 сут), и вдруг в работе, опубликованной годом позже, исходное поколение, т. е. 95 экз. из 100 экз. подопытных гуппи, не обрабатывавшихся раньше фенолом, гибнет в рекордно короткие сроки — почти в пять раз быстрее (всего за 1 сут), чем рыбы предыдущих контрольных серий. К сожалению, автор не обращает внимания на этот факт и не раскрывает причин столь разительных расхождений в результатах опытов, представленных в публикациях с интервалам всего лишь в один год [362, 364]. Однако если учесть эти расхождения, то становится очевидным, что так называемая повышенная устойчивость рыб второго и третьего поколений, время выживания которых равно соответственно 4,9±0.6 и 4,7±0,1 сут, находится в диапазоне времени выживания нормальных гуппи контрольных групп в растворе фенола концентрацией 37,5 мг/л, а «рекордсмены» повышенной устойчивости — гуппи третьего поколения, среднее время выживания которых составило 6,5±0,5 сут, мало чем отличаются по времени выживания от гуппи другой контрольной группы (5,8±0,31 сут).  

Итак, критический анализ данных, представленных Б. А. Флеровым, не позволяет согласиться со сделанным им выводом о том, что «приспособление рыб к токсическому фактору происходит в результате отбора: сохранения наиболее устойчивых организмов и элиминации слабых». Возможно, такой путь генотипической адаптации имеет место в природных популяциях некоторых видов рыб, но в эксперименталытх условиях выявить его Б. А. Флерову не удалось. И не только потому, что токсикорсзистентность потомства гуппи сравнивалась с необычайно низкой токсикорезистентностью исходного контрольного поколения. Устойчивость природных популяций, длительное время обитающих в загрязненных водоемах [663, 549, 603, 849], как правило, значительно выше устойчивости популяций этих видов рыб из чистых водоемов. Так, по данным А. Холдена [603], концентрация пестицида, вызывающая гибель особей резистентной популяции, в 42—570 раз выше концентрации, при которой гибнут особи нормальной популяции, а, по данным других авторов [849], устойчивость резистентных гамбузий к хлорорганическим пестицидам на 3 порядка выше устойчивости нормальных гамбузий. Эти данные наводят на мысль, что генотипическая адаптация рыб обеспечивает значительно более высокую и прочную устойчивость к токсикантам в сравнении с фенотипической (физиологической) компенсаторной адаптацией. Именно по этому существеннему признаку выявленные Б. А. Флеровым [364] различия в токсикорезистентности исходных и дочерних поколений гуппи никак нельзя рассматривать как экспериментальное доказательство ведущей роли отбора (генотипическая адаптация) в приобретении рыбами устойчивости к токсикантам. Напомним, что как исходное, так и последующие поколения гуппи погибали при одной и той же концентрации фенола (37,5 мг/л) с разницей лишь в несколько суток, причем время гибели отобранных в результате селекции резистентных гуппи (5—6 сут) практически равно времени гибели многих других выборочных совокупностей этих рыб, не подвергавшихся ранее воздействию фенола.

Критически оценивая результаты этих опытов, мы вовсе не отрицаем роли отбора в проявлении генотипической адаптации рыб к ядам и принципиальной возможности ее воспроизведения в экспериментальных условиях. В литературе имеется пример такого рода [603], когда путем селекции вроде бы удалось вывести гамбузий, устойчивых к ДДТ. Интересен механизм этой устойчивости, связанный, по-видимому, с повышением тканевой устойчивости рыб к токсиканту и накоплением высоких концентраций пестицида в нейтральных тканях, в частности в жировой ткани. Хищные рыбы, питающиеся такими гамбузиями, погибают, а выделяющийся резистентными гамбузиями пестицид оказывает токсическое воздействие на нормальных рыб. О важной роли жира в качестве «депо» хлорорганических пестицидов свидетельствует его повышенное содержание в теле и печени резистентных гамбузий в сравнении с нерезистентными [546, 547]. Проницаемость клеточных мембрац для ДДТ у резистентных гамбузий ниже, чем у обычных, мембраны их клеток связывают меченые 14 С пестициды (ДДТ, эндрин) сильнее, вследствие чего у резистентных гамбузий в нервной ткани накапливается меньше токсикантов, чем у обычных рыб.

Все эти материалы свидетельствуют о том, что адаптация популяций рыб может происходить не только на основе изменений генофонда (генотшшческая), но и за счет конкретных физиолого-биохимических механизмов (фенотиническая) исходного генофонда популяции. Механизмы генотипическон и фенотшшческой адаптации могут проявляться как совместно, так и раздельно, т. е. приспособление популяции может иметь и генотипическую, и фенотипическую природу. Вопрос состоит в том, как долго организм и популяция могут находиться в состоянии адаптации к чрезвычайным по силе токсическим раздражителям? Имеющиеся экспериментальные данные однозначно свидетельствуют о том, что у рыб можно вызвать индивидуальное приспособление, т. с. фенотипическую адаптацию, однако она носит фазовый характер, вследствие чего период относительно высокой устойчивости к токсикантам сменяется ее резким снижением и гибелью рыб [163, 281]. В связи с этим существующее мнение о большой адаптационной пластичности гидробнонтов и, в частности, рыб, их способности выносить большие токсические нагрузки за счет адаптации к различным токсикантам не учитывает всей сложности этой проблемы, противоречит экспериментальным данным н потому является несостоятельным.

 

КУМУЛЯЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ

 

Обычно под кумуляцией понимают накопление в организме токсического вещества или вызнанных им эффектов. В связи с этим различают кумуляцию материальную, т. е. накопление вещества, и функциональную, представляющую собой суммацию токсических эффектов. При хроническом влиянии ядов на рыб, особенно, если речь идет о ядах внутреннего действия, в организм рыбы попадает х токсического агента, а выводится или разрушается за равный промежуток времени у этого агента. Если у < х, то в организме но истечении каждых суток, например, останется х - y = z токсического агента,. т. е. такое количество яда, которое само по себе не может вызвать каких-либо признаков интоксикации. По мере накопления в организме яда, предположим, за 20 сут его количество составит 20 z, т. е. концентрацию, способную вызывать токсический эффект.

Скорость и выраженность кумуляции зависят от многих переменных и в первую очередь физико-химических свойств вещества, концентрации яда, времени его действия, скорости выделения из организма или разрушения в организме, физиологического состояния организма и др. Можно думать, что кумулироваться способен любой токсический агент, скорость выделения которого ниже скорости его поступления в организм.

Существуют два основных метода определения скорости элиминации яда из организма. Один из них заключается в определении количества вещества, выделяющегося каким-либо одним путем (например, почками или кишечником), другой — в определении концентрации яда в крови. Если исчезновение вещества из крови идет по экспоненциальной кривой, то концентрацию у вещества в крови через t мин после разового введения (при условии, что вещество не депонируется в организме) можно рассчитать по формуле у = y₀e ^–Kt, где у₀ — начальная концентрация вещества в крови; е — основание натуральных логарифмов; К — константа скорости выделения вещества (определяется опытным путем). Однако чаще интерес представляют не только количество выведенного из организма яда, но и скорость его выделения или время исчезновения из крови половины поступившего в нее яда T ₅₀%, рассчитываемое по формуле T₅₀=[(t₁ – t₂)log] / [log y₁ – log y₂], где y₁ и у₂ — содержание вещества в крови в моменты времени t₁ и t₂ после его попадания в организм.

В зависимости от физико-химических свойств исследуемого вещества может иметь место либо материальная, либо функциональная кумуляция, а в отдельных случаях и та, и другая.

Примером функциональной кумуляции может быгь свинцовое отравление, а ряд других солей тяжелых металлов оказывают токсическое действие на организм в малых концентрациях посредством материальной кумуляции. Функциональная кумуляция встречается чаще, чем материальная. Особая опасность функциональной кумуляции состоит в том, что она может иметь место даже при действии препаратов, быстро разрушающихся и выделяющихся из организма. В этом случае после каждого попадания яда в организм сохраняется следовая реакция, которая, суммируясь с последующей, приводит к проявлению токсического эффекта. Большинство клеточных и эпзиматических ядов действует посредством функциональной кумуляции. В связи с этим можно полагать, что фосфорорганические пестициды, представляющие собой энзиматические яды, характеризующиеся высокой токсичностью для рыб, прч хроническом воздействии малыми концентрациями могут привести к развитию функциональной кумуляции. Экспериментального изучения кумуляционного эффекта в опытах на рыбах до настоящего времени не проводилось в связи с чем мы поставили ориентировочные опыты на модели фенольной интоксикации личинок леща.

Опыты велись по двум схемам. Согласно одной из них личинки (этап С₂) подвергались ежедневному воздействию раствора фенола концентрацией 15 мг/л на протяжении 6 ч, после чего их помещали в чистую воду. Через 10 сут подопытные рыбы были разбиты на две подгруппы и помещены в остротоксичные растворы фенола (50 и 100 мг/л). Опыты показали, что время гибели личинок, предварительно подвергшихся воздействию раствора фенола концентрацией 50 мг/л, составляло 16 ч, а контрольных — 34 ч, при концентрации яда 100 мг/л — 2 ч 15 мин, а контрольных — 7 ч. Следовательно, устойчивость к яду подопытных личинок леща оказалась в 2-3 раза ниже устойчивости контрольных, т. е. имел место кумуляционный эффект, природу которого определить пока затруднительно.

По второй схеме опытов личинок леща (этап С₂) предварительно выдерживали в растворе фенола концентрацией 10 мг/л на протяжении 10 сут, после чего их погружали в растворы яда более высокой концентрации (50 и 100 мг/л). Как и в первом случае, имело место значительное укорочение времени гибели обработанных рыб в сравнении со временем гибели контрольных. Так, время гибели подопытных рыб в растворе фенола концентрацией 50 мг/л равно 9 ч, а контрольных — 28 ч, при концентрации раствора фенола 100 мг/л — 1 ч 35 мин, а контрольных — 6 ч 20 мин.

Полученные данные вносят необходимые коррективы в понимание роли концентрации токсического вещества в формировании у рыб адаптационного эффекта к ядам. В частности, временная адаптация рыб к фенолу возможна только при действии относительно низких концентраций яда (1-5 мг/л), ибо дальнейшее повышение его концентрации до 10-15 мг/л приводит уже к проявлению кумуляционного эффекта.

Результаты представленных выше опытов позволяют считать, что кумуляционный эффект может иметь существенное значение в определении устойчивости рыб к ядам промышленных сточных вод. В связи с этим при установлении биологических нормативов сброса промышленных сточных вод в рыбохозяйственные водоемы необходимо иметь в виду также возможность кумуляции той или иной группы веществ или обусловленных имиг токсических эффектов и делать соответствующие поправки при определении ПДК различных компонентов-промышленных сточных вод.

ГЛАВА I V