Видовые особенности чувствительности и устойчивости рыб к ядам

Определение степени токсичности вредных веществ, их пороговых и предельно допустимых концентраций немыслимо без учета видовых особенностей рыб, обитающих в конкретном водоеме. Между тем испытание токсичности различных веществ осуществляется нередко на случайных, оказавшихся доступными видах рыб без учета уровня их чувствительности и устойчивости к той или иной группе токсикантов. В результате ПДК, полученные, скажем, в опытах с такими высокорезистентными видами рыб, как карась или золотая рыбка, оказываются чрезвычайно завышенными для других, менее резистентных видов рыб. Иными словами, речь идет о принципиально важном в методическом отношении вопросе; какие именно виды рыб следует брать в качестве тест-объекта для определения пороговых и предельно допустимых концентраций токсических веществ. С другой стороны, изучение видовых особенностей чувствительности и устойчивости рыб к ядам имеет важное значение для понимания адаптационных возможностей разных видов рыб, а также направленности изменений видового составу, ихтиофауны того или иного рыбохозяйст-венного водоема под влиянием ядов промышленных сточных вод.

Литература по рассматриваемому вопросу весьма обширна, но фрагментарна. Целенаправленное изучение видовых особенностей устойчивости рыб с использованием достаточно большого числа видов проводилось крайне редко [337, 582, 338]. В ранних работах авторы, решая вопрос о степени токсичности различных компонентов промышленных сточных вод, использовали ограниченное число видов (1-3), а критерием токсичности служила летальная концентрация яда [798, 607, 441, 76]. Впоследствии, когда перед исследователями возникла необходимость определять видовые особенности устойчивости рыб к ядам, они продолжали использовать показатель гибели животных, но учитывали не время гибели при одинаковой концентрации яда, как это принято в патофизиологическом эксперименте, а различие в летальных концентрациях [537, 490, 399, 582, 819, 40, 655].

Вследствие неадекватности используемого метода оценки устойчивости рыб к яду на основе его летальной концентрации нередко видовые особенности токсикорезистентности проявлялись в стертой форме или не выявлялись совсем. Примером этого могут служить работы [537, 490], в которых результаты испытания токсичности фенола давались в неоправданно обобщенном виде, вследствие чего создавалось впечатление, что-устойчивость рыб к ядам в малой степени определяется их видовыми особенностями. Так, Г. Эбелинг [537] считает, что для угря, линя и карпа летальные концентрации яда лежат в области 10-15 мг/л. Летальные концентрации фенола для столь разных видов рыб, как форель, щука и карп, относящихся даже к различным семействам, почти совпадают и находятоя в интервале от 5 до 10 мг/л. Более поздние работы не внесли необходимой ясности в вопрос о существовании видовых различий токсикорезистентности рыб. К. Вурманн и X. Вокер [861, 862] считают, что пороговые токсические концентрации фенола для форели и головля составляют 9-10 мг/л, для окуня — 12 мг/л. В сообщении X. Бандта [437] вновь приводятся данные, указывающие на примерно одинаковую устойчивость разных видов рыб к одному из гомологов фенола — гидрохинону, согласно которым пороговая повреждающая концентрация этого яда (в течение 3-4 сут) для карпа, окуня и колюшки оказалась равной 0,2 мг/л. В обширном исследовании Н. С. Строганова и А. Т. Па-житкова [337] также получены данные, показывающие, что пороговые концентрации меди и аммиака для многих видов довольно близки или полностью совпадают.

Наряду с этим имеются данные [856, 758, 759, 538, 442, 625, 581, 860], свидетельствующие о важной роли видовых особенностей испытуемых рыб в определении их устойчивости ко многим токсическим компонентам промышленных сточных вод: хлору, ядам тяжелых металлов, аммиаку, углекислоте и др.

Критический анализ литературных данных показывает, что абсолютное большинство исследователей судят об устойчивости или чувствительности рыб разных видов к ядам на основе сопоставления летальных концентраций яда. Тем самым они, по существу, не дифференцируют совершенно различные по своему физиологическому значению понятия «чувствительность» и «устойчивость». В качестве примера можно привести работы В. Шелфорда [778], М. Велса [847], А. Кола [490], Г. К. Чистякова [399], А. О. Таусона [338] и др., а также многие публикации последних лет. В работах указанных авторов не только отсутствует попытка анализа и конкретизации этих двух понятий, но и делаются выводы о большей устойчивости или, что то же самое, меньшей чувствительности того или иного вида рыб исключительно на основе выявляемых различий между летальными концентрациями яда. Считают при этом, что высокой чувствительности рыб к яду соответствует их низкая устойчивость к нему и, наоборот, низкой чувствительности соответствует высокая устойчивость. Так, М. Веллс [847] пишет о том, «что рыбы более чувствительны или менее резистентны» к различным факторам внешней среды, а через тридцать лет А. О. Таусон [338] повторяет ту же ошибку и считает, что «...представители семейства окуневых (окунь, ерш, судак) являются наименее стойкими, наиболее чувствительными' ко всем исследованным органическим соединениям» (с. 36). При таком подходе игнорируются физиологические особенности организмов, существование у них компенсаторных и приспособительных механизмов, направленных на поддержание гомеостаза в меняющихся условиях среды, и предполагается, что токсический процесс у рыб развивается только по схеме первичная токсикологическая реакция — конечный эффект. Отождествление понятий «чувствительность» и «устойчивость» рыб к ядам, пользование этими понятиями как синонимами может привести и приводит к отрицательным последствиям, в частности, затрудняет понимание степени обоснованности выводов различных авторов при оценке видовых и возрастных особенностей токсикорезистентности рыб, ее уровня у разных по высоте организации групп гидробионтов, в особенности у рыб и беспозвоночных.

Существует общепринятое представление о содержании понятия «резистентность» (устойчивость) организма к экстремальным факторам различной природы, в том числе и к токсическим агентам. Оценка устойчивости организма проводится либо по концентрации вещества, вызывающей гибель определенного процента подопытных животных (CL₅₀ или CL₁₀₀) к установленному сроку (24, 48, 96 ч и более), либо по времени их выживания в токсическом растворе заданной концентрации.

Устойчивость — это способность организма как можно дольше выживать при длительном воздействии на него малых концентраций токсического вещества или при краткосрочном действии больших концентраций этого вещества за счет включения различных регуляторных механизмов. Вполне понятно, что чем раньше будут включены регуляторные механизмы (изменение проницаемости клеток и тканей, метаболические превращения, снижение токсичности и выведение чужеродного вещества), обеспечивающие краткосрочную или продолжительную адаптацию организма к данному токсическому агенту, тем более будет время выживания (выше устойчивость) и тем более вероятно, что в случае прекращения токсического воздействия на организм он выживет. Очевидно, однако, и другое: регуляторные механизмы будут включены тем раньше, чем более чувствителен данный организм па том или ином этапе индивидуального развития.

По физиологическому содержанию понятие «чувствительность» близко или совпадает с понятием «возбудимость», уровень которой определяет порог возбудимости. В свою очередь мерой возбудимости является минимальная сила раздражителя, в данном случае химического, которую называют порогом раздражения. Чем больше минимальная сила химического раздражителя, необходимая для вызова какой-либо реакции, тем выше порог раздражения, тем ниже возбудимость, тем ниже чувствительность организма к данному веществу. Отсюда понятно, что чем ниже порог раздражения, тем выше возбудимость организма, тем выше его чувствительность. Это общеизвестные физиологические истины, в свете которых необходимо рассматривать вопрос о чувствительности организма или клетки к токсическому раздражителю. Из сказанного следует, что для оценки чувствительности организма к тому или иному токсиканту первостепенное значение приобретает вопрос о первичной реакции организма на этот раздражитель. Мы полагаем, нет необходимости доказывать, что ни концентрация вещества, вызывающая гибель определенного процента подопытных рыб, ни время выживания рыб при заданной концентрации не могут быть использованы в качестве первичной реакции на химическое раздражение. Отсюда становится очевидной несостоятельность широко распространенного в ихтиотоксикологии представления о чувствительности рыб к ядам как о понятии, обратном устойчивости.

При рассмотрении видовых особенностей чувствительности и устойчивости рыб к ядам необходимо обратить внимание и на другое не менее важное обстоятельство, а именно, на неодинаковое содержание, которое вкладывают различные авторы в понятие «видовые особенности». Абсолютное большинство исследователей для выявления видовых особенностей используют рыб, относящихся подчас к различным родам, семействам и даже отрядам и приходят к выводу о существовании видовых различий в устойчивости рыб к ядам, хотя обнаруженные различия могут быть обусловлены особенностями устойчивости, свойственной данному отряду или семейству. В строгом смысле слова видовые различия токсикорезистентности могут быть обнаружены только в опытах на систематически близких видах рыб.

Учитывая первостепенное значение рассматриваемых вопросов, мы предприняли сравнительное изучение чувствительности и устойчивости к фенолу 21 вида рыб, с тем чтобы в сходных методических условиях одной лаборатории получить данные относительно особенностей этих двух показателей у систематически близких и удаленных видов рыб. В опытах использовали представителей 14 родов, объединенных в 7 семейств.

Осетровые: осетр (Acipenser guldenstadti Brandt), севрюга (Acipenser stellatus Pall) и стерлядь (Acipenser ruthenus).

Лососевые: ручьевая форель (Salmo trutta L.) и радужная форель (Salmo irrideus Gibb).

Щуковые: щука (Esox lucius L.).

Карповые: лещ (Abramisbrama L.), синец (Abramis ballerus L.), белоглазка (Abramis sapa Pall), красноперка (Scardinius erylhrophtalmus}, чехонь (Pelecus cultratus), плотва (Rutilus rutilus), вобла (Rutilus rutilus caspicus), тарань (Rutilus rutilus heckeli), жерех (Aspius aspius L.) и карась (Carassius carassius).

Сомовые: сом (Silurus glanis).

Тресковые: налим (Lota lota L.).

Окуневые: судак (Lucioperca lucioperca), окунь (Perca fluvlatilis) и ерш (Acerina cernua).

Из этого перечня видно, что они резко отличаются друг от друга по уровню организации и систематическому положению. Вместе с тем сопоставление чувствительности и устойчивости к ядам трех видов, рода Acipenser (осетр, севрюга и стерлядь), двух видов рода Salmo (ручьевая и радужная форель) и трех видов рода Abramis (лещ, синец, белоглазка) позволяло ответить на вопрос об уровне токсикорезистентности у систематически близких видов рыб.

Одна часть опытов была выполнена совместно с В. А. Флеровым на рыбах, выловленных в Рыбинском водохранилище (лещ, синец, карась, плотва, ерш, окунь, налим, щука) в зимне-весенний период 1962-63 г., другая — на рыбах из дельты Волги (вобла, жерех, тарань, белоглазка, лещ, синец, чехонь, судак, сом, красноперка, осетр, стерлядь, севрюга) в июле-августе.

Для сопоставимости данных эксперименты ставили при температуре 6-8° С, содержании кислорода 8-10 мг/л, рН 6,8-7,2 в 150-литровых плексигласовых аквариумах на протяжении 24 ч. В летний период температура раствора достигала 19-23° С, а содержание кислорода — 5,5-6,5 мг/л. Для максимальной стабилизация условий проведения опытов использовали рыб, выловленных а одном водоеме, примерно одинакового возраста и физиологического состояния. Сравнивали результаты, полученные в один сезон и при одинаковых температурах. В качестве показателя токсикорезистентности рыб использовалось время их гибели в растворах фенола концентрацией 5, 10, 15, 20, 25, 30 и 40 мг/л. Такая конструкция опытов позволяла выявить устойчивость рыб к яду даже в том случае, когда минимальные летальные концентрации яда были равными.

Чувствительность испытуемых рыб к фенолу определяли на основе сопоставления латентного периода первой фазы фенольной интоксикации — бурной двигательной активности. В табл. 20 представлены результаты измерения латентного периода проявления лервой фазы фенольной интоксикации — двигательной активности. Из данных табл. 20 следует, что разные виды рыб существенно различаются по чувствительности к ядам. Латентный период двигательной реакции рыб в растворе фенола концентрацией 10 мг/л изменялся в зависимости от вида испытуемых рыб от 30-35 мин (налим и лещ) до 1,5-2,0 мин (радужная и ручьевая форель), т. е. приблизительно в 15 раз. Промежуточное положение занимают окунь и щука при среднем латентном периоде 10 и 13 мин соответственно. Равномерное увеличение концентрации фенола на 5 мг/л (с 10 до 25 мг/л) приводило к резкому сокращению латентного периода двигательной активности, особенно в опытах с теми видами рыб, у которых был отмечен высокий исходный латентный период. При 2,5-кратном увеличении концентрации фенола латентный период сократился у налимов почти в 6 раз, у лещей в 10 раз, у радужной форели в 9 раз, у ручьевой форели в 4 раза, а у окуня только в 2 раза. Такая неравномерность изменения латентного периода реакции у различных видов может быть обусловлена как различной чувствительностью нервной системы к градиенту концентрации, так и функциональными особенностями эффекторной системы (в данном случае локомоторного аппарата), избранной в качестве тест-функции для определения чувствительности рыб к яду.

Таблица 20