Основные этапы становления ихтиотоксикологии

Первое упоминание о пагубном влиянии сточных вод на жизнедеятельность рыб принадлежит, по-видимому, академику К. М. Бэру. Анализируя причины снижения рыбных запасов, в частности запасов стерляди на Верхней Волге и ее притоках, он высказывает предположение о том, что «усилившаяся в некоторых местах Окской системы фабричная промышленность могла иметь вредное влияние на размножение рыбы посредством стока в реки минеральных веществ». Это строки из первого отчета волжской экспедиции 1853 г., возглавляемой К. М. Бэром, опубликованного в 1860 г. (с. 19) в ставшей теперь уже классической монографии «Исследования о состоянии рыболовства в России».

Спустя 10 лет другой известный русский ихтиолог профессор К. Ф. Кесслер [116], возвращаясь к вопросу о причинах уменьшения рыбных запасов, вновь приходит к выводу, что наряду с нерациональным промыслом важное значение приобретает загрязнение рек сточными водами фабрик и заводов, расположенных по берегам рек, особенно мелких. Следовательно, уже в середине прошлого столетия проблема загрязнения внутренних водоемов начинает привлекать внимание ихтиологов как рыбохозяйственная проблема, острота которой постепенно нарастала и стала очевидной в 90-х годах XIX столетия.

Особая заслуга в этом принадлежит выдающемуся отечественному ихтиологу и рыбоводу О. А. Гримму, которого с полным основанием можно считать одним из основоположников рыбохозяй-ственной токсикологии в нашей стране. Именно ему удалось привлечь внимание ученых и широкой общественности к проблеме нефтяного загрязнения Волги и его влнянню на рыб. В основополагающем докладе Российскому обществу рыбоводства и рыболовства «О гибельном влиянии нефти на рыб и мерах противодействия этому», который, по его словам, вызвал «целую бурю инсинуаций, доносов, жалоб», О. А. Гримм [66] представил глубокий анализ путей влияния нефтяного загрязнения на промысловые запасы рыб. В дальнейшем он неоднократно возвращался к этим вопросам и в монографии «Каспийско-Волжское рыболовство» [68] следующим образом определил основные пути влияния нефти на рыб и кормовые организмы: «1) нефть вредна вообще, препятствуя своводному обмену газов в воде, 2) нефть вредна тем, что мясо рыб принимает ее запах и вкус, 3) нефть вредна, убивая рыб в прорезях, садках и бассейнах или участках их слабо текущей водой, 4) нефть вредна отгоном рыб, 5) нефть вредна порчен трав иа полоях, 6) нефть вредна уничтожением насекомых в разных стадиях развития, служащих главной пищей рыб, 7) весьма вероятно, что нефть убивает мальков сельдевых пород рыб и других, плавающих поверху или скопляющихся близ берегов в мелкой воде» (с. 62— 63). Представления О. А. Гримма о прямом (токсическом) и косвенном (изменение абиотических факторов среды и кормовой базы) влиянии загрязнений на ихтиофауну водоема и его рыбопродуктивность, об изменении вкуса и запаха рыб («хозяйственная норма») являются ныне краеугольным камнем рыбохозяйствениой токсикологии. Предположение О. А. Гримма об избегании рыбами вод, загрязненных нефтью, и о пониженной устойчивости мальков к нефтяному загрязнению получило экспериментальное подтверждение уже в конце прошлого века.

Само экспериментальное направление в рыбохозяйствениой токсикологии, оформившееся ныне в самостоятельную научную дисциплину — ихтиотоксикологню, возникло благодаря энергичным стараниям О. А. Гримма. По его инициативе были выполнены первые экспериментальные исследования токсического действия нефти иа различные стадии индивидуального развития рыб [11-14, 394]. Так, в опытах Н. К. Чермака [394], выполненных на нескольких впдах волжских рыб (стерлядь, уклея, карась, линь, сом), убедительно показано токсическое действие нефти на рыб, выявлены пониженная устойчивость к нему мальков рыб в сравнении с устойчивостью взрослых особей, способность некоторых видов рыб (сом, уклея) обнаруживать и избегать воду, отравленную нефтью, наличие индивидуальных особенностей в устойчивости рыб к нефти и, наконец, высокая обратимость нефтяного отравления рыб после их перенесения в чистую воду.

И. Н. Арнольд [11, 14] подтвердил основной вывод Н. К. Чермака относительно токсичности нефти для рыб и вскрыл наличие видовых особенностей устойчивости рыб к нефти. Используя в опытах 10 видов рыб (лосось, форель, сиг, плотва, окунь, язь, карась, лещ, пескарь, гольян), он показал, что наименее устойчив к нефтяному загрязнению сиг. Что касается возрастных особенностей устойчивости рыб к нефти, т. е. различий в устойчивости к нему мальков и взрослых рыб, то они, по мнению И. Н. Арнольда, «по-видимому, не существуют» (с. 194). Однако ему удалось обнаружить более высокую устойчивость к нефти мальков лосося, имеющих желточный мешок, в сравнении с устойчивостью к ней «взрослых» мальков, лишенных желточного мешка. Привлекает внимание указание И. Н. Арнольда о влиянии нефти на стайный «инстинкт» у мальков лососевых, которые «перестают держаться стайкой разбредаются по всему аквариуму» (с. 183).

Особо следует подчеркнуть, что в обеих работах в качестве тест-объектов для изучения токсичности нефти использован широкии набор видов рыб. Показателем токсичности служила выживаемость подопытных рыб в острых опытах, продолжительность которых варьировала в разных сериях от нескольких часов до нескольких суток. Иными словами, Н. К. Чермак [394] и И. Н. Арнольд [11] впервые применили метод «рыбной пробы», ставший впоследствии одним из основных методов отечественных и зарубежных исследованиях по ихтиотоксикологии.

В разгоревшуюся вокруг «нефтяного» вопроса дискуссию вовлекался все более широкий круг участников, что, несомненно, способствовало стремительному развитию ихтиотоксикологических исследований в нашей стране. В дискуссию включились гигиенисты школы профессора Г. В. Хлопина. Проведением серии тщательно исполненных опытов [379-381] они подтвердили высокую токсичность нефти для рыб и показали, что основным токсическим компонентом нефти и нефтепродуктов являются легкие предельные углеводороды и особенно нафтеновые кислоты. Наряду с этим Г. В. Хлопин [380] увидел в проблеме нефтяного загрязнения Волги не только рыбохозяйственные, но и санитарно-гигиенические аспекты. Постепенно санитарно-гигиеническое направление в изучении загрязнений внутренних водоемов стало приобретать ведущее значение. Однако для работ русских гигиенистов конца прошлого и первой половины текущего столетия характерна тесная связь с ихтиотокенкологическими и санитарно-гидробиологическимн исследованиями. Особая заслуга в этом принадлежит Г. В. Хлопину [380] и его ученику А. И. Мелкерту [225], впервые применившим метод биопроб, а точнее, метод рыбной пробы для санитарной характеристики хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. И в дальнейшем рыбы широко использовались в качестве тест-объекта для санитарной оценки сточных вод, поступающих во внутренние водоемы. В результате метод рыбной пробы принимается в качестве стандартного метода санитарных исследований токсичности сточных вод наряду с химическими и бактериологическими методами.

Так завершился первый этап становления ихтиотоксикологии, длившийся почти четверть века (1891-1915 гг.).

Второй этап становления ихтиотоксикологии охватывает 20-60-е годы текущего столетия, годы стремительного развития санн-тарно-гидробиологических и особенно санитарно-гигиенических исследований в нашей стране. Однако собственно ихтиотокенкологические исследования в этот период велись крайне неравномерно. Продолжались полевые наблюдения на различных рыбохозяйствен-ных водоемах. Они были необходимы для выявления масштабов и характера действия сточных вод различных отраслей промышленности на ихтиофауну и служили основой для разработки практических рекомендаций по охране рыбохозийственных водоемов от загрязнений [283, 284, 44, 288].

В 30-е годы возобновились экспериментальные исследования токсичности различных веществ, в частности фенолов, методом рыбной пробы [76, 310, 261]. На модели фенолыюй интоксикации подтверждены данные прежних авторов, полученные в опытах с нефтью, о существовании у рыб ярко выраженных видовых различий в устойчивости к токсикантам. Одновременно показано влияние феиольных сточных вод на вкус и запах мяса рыб.

Важный вклад в становление отечественной ихтиотоксикологии внесли С. Н. Скадовский [312, 313] и его ученики [31, 253, 261, 262, 311, 326, 337, 338, 233]. Ему принадлежит идея использования ряда биологических (рост, размножение, эмбриональное развитие) и некоторых физиологических показателей (интенсивность дыхания, потребления корма) для оценки реакции рыб на изменение физико-химических факторов водной среды и токсического эффекта малых концентраций различных веществ. По существу, речь идет об усовершенствовании метода рыбной пробы, повышении его разрешающих способностей за счет использования более тонких показателей в сравнении с такой интегральной реакцией, какой является „выживаемость". На примере аммиака, сернокислой меди, а также сточных вод медио-аммиачиого производства искусственного волокна Н. С. Строганов и А. Т. Пажитков [337] продемонстрировали плодотворность использования физиологических показателей для установления «пограничных концентраций» исследованных токсическнх веществ.

В середине 40-х годов во ВНИОРХе (Всесоюзный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйства, ныне ГосНИОРХ) была создана первая в стране специализированная лаборатория по изучению загрязнения рыбохозийственных водоемов. Коллектив этой лаборатории взял на вооружение так называемый комплексный метод исследования влияния ядов промышленных сточных вод на жизнь водоема в целом. Этот метод включает определение химического состава стоков, гидрологического режима водоема, изменения химизма водоема сточными водами, влияния загрязнений на качество и количество планктона, бентоса, высшей растительности и ихтиофауны, выживаемость различных гидробионтов при разных разведениях сточных вод, а также л а изменения в рыбном промысле. Это один из наиболее полных методов, но исключительная трудоемкость делает его малоопера-тнвным и недоступным, да и собственно ихтиотоксикологнческие опыты занимают в этом методе весьма скромное место [240, 73, 72].

В 50-е годы планомерные ихтиотоксикологнческие исследования развернуты в Петрозаводском университете под руководством Е. А. Веселова [38,.41]. Развивая идеи С. Н. Скадовского, Е. А. Веселов предпринял попытку разработать метод комплексных биологических тестов для оценки токсических свойств сточпых вод или отдельных химических веществ в кратчайшие сроки. Это была своевременная инициатива, поскольку с каждым десятилетием индустриального развития нашей страны количество поступающих в рыбохозяйственные водоемы токсических веществ увеличивается, а следовательно, возрастает и объем работы, которую необходимо провести по научному обоснованию рыбохозяйственных ПДК этих веществ. Однако ее не удалось реализовать. И по-прежнему в токсикологических опытах основное внимание уделялось длительному наблюдению за выживаемостью, размножением и плодовитостью гидробионтов [337, 328, 329]..

Основы современного третьего этапа становления ихтиотоксикологии были заложены в 60-х годах сотрудниками Института биологии внутренних вод АН СССР. Центральное место в этих исследованиях заняло экспериментальное изучение общих закономерностей и механизмов действия токсикантов на рыб [156—158, 161—168, 190—194, 184, 185, 54, 55, 358, 368]. Результаты этих исследований обобщены в первой отечественной монографии по токсикологии рыб [163]. В ней предпринята попытка проанализировать многочисленные разрозненные экспериментальные данные по ихтиотоксикологии, оценить эффективность развивающихся во всем мире исследований этой области рыбохозяйственной науки, обосновать главные направления дальнейших исследований, определить их методологические основы. Особое внимание было уделено обоснованию представлений о физиологической норме организма, пороговой и предельно-допустимой концентрации веществ, методологических принципах их определения. Эти представления легли в основу развиваемой нами физиолого-биохимической концепции определения ПДК [163, 177, 180, 181 ] и метода физиологб-биохимических индикаторов токсического действия химических веществ, разрешающие способности которого в десятки раз превосходят разрешающие способности метода рыбной пробы. При этом особо подчеркивалось, что выбор конкретной методики определения ПДК исследуемого вещества должен базироваться на знании токсикодинамики этого вещества, понимании механизма его действия, т. е. четком представлении о наиболее ранимой функции (функции-мишени) [177].

Нарастающая, острота проблемы предотвращения загрязнения внутренних водоемов, а также научное обоснование принципов и методов оценки токсичности веществ для рыб послужили новым стимулом стремительного развития ихтиотокеикологнческих исследований как за рубежом, так и в нашей стране. В 70-е. годы появилась большая серия обстоятельных работ, в которых представлены; новые доказательства плодотворности физиолого-биохимического-подхода к решению актуальных ихтиотокеикологнческих задач (15, 53, 255, 278, 216, 317, 3, 136, 117, 135, 221]. Дальнейшая разработка фнзиолого-биохимических аспектов ихтиотоксикологии весьма. успешно ведется в Институте гидробиологии АН УССР [206, 207, 208, 16), Институте биологии АН Латвийской ССР [91, 92, 371-374],. Институте биологии Карельского филиала АН СССР (305, 306, 307, 153, 60], Институте биологии внутренних йод АН СССР [211-220„ 361,222, 223, 49, 50, 32] и ряде других научных учреждений. Теперь уже не приходится сомневаться в том, что этоглавное направление развития ихтиотокеикологнческих исследований, результаты которых должны быть положены в основу практических работ по биотестированию природных и сточных вод и регламентации поступающих в водоемы токсических веществ с помощью рыбохозяйственных ПДК.