Учёные Кольского научного центра РАН совместно с российским и зарубежными коллегами провели исследование в районе Каргалинского медного месторождения в Оренбургской области. Авторы доказали, что дождевые черви являются гораздо более надёжным биоиндикатором загрязнения тяжёлыми металлами, чем почвенные микроорганизмы.
При выборе объекта исследования учёные обратили внимание на чернозёмное поле, где подсолнухи росли неравномерно. Рядом со здоровыми особями виднелись чахлые, желтоватые растения. Эти признаки явно указывали на токсический стресс, источником которого, судя по всему, были близлежащие отвалы древних медных рудников, работавших ещё со времён бронзового века.
Исследователи собрали серию почвенных образцов вдоль градиента загрязнения — от самых пострадавших участков у рудных отвалов до зон, где растения выглядели практически здоровыми. Применение такого подхода позволило получить данные для всего диапазона концентраций меди. Для чистоты эксперимента были отобраны контрольные образцы с чистых участков. Это гарантировало, что основные свойства почвы, кроме концентрации меди, будут идентичны.
При выборе объекта исследования учёные обратили внимание на чернозёмное поле, где подсолнухи росли неравномерно. Рядом со здоровыми особями виднелись чахлые, желтоватые растения. Эти признаки явно указывали на токсический стресс, источником которого, судя по всему, были близлежащие отвалы древних медных рудников, работавших ещё со времён бронзового века.
Исследователи собрали серию почвенных образцов вдоль градиента загрязнения — от самых пострадавших участков у рудных отвалов до зон, где растения выглядели практически здоровыми. Применение такого подхода позволило получить данные для всего диапазона концентраций меди. Для чистоты эксперимента были отобраны контрольные образцы с чистых участков. Это гарантировало, что основные свойства почвы, кроме концентрации меди, будут идентичны.
«Каргалинские медные рудники в определённом смысле — особый объект. Его уникальность в редкой „чистоте“ загрязнения. Обычно промышленные выбросы представляют собой целый коктейль из разных элементов: меди, свинца, цинка, мышьяка и др. Разделить их эффекты и понять, какой именно элемент вредит больше, достаточно сложно. Но в Каргалах почва содержит аномально высокие концентрации практически одной только меди. Содержание других элементов остаётся на уровне фоновых значениях. Это делает локацию отличным природным полигоном для того, чтобы изучить токсикологические эффекты меди», — говорится в пресс-релизе к исследованию.
Исследователи поставили задачу сравнить чувствительность к меди дождевых червей и почвенных микроорганизмов. И те, и другие являются важнейшими биоиндикаторами, по которым можно констатировать состояние здоровья экосистемы. Параллельно учёные проверяли, какой показатель лучше предсказывает степень токсичности: общее содержание меди в почве или количество биодоступной фракции (та медь, которая может быть усвоена живыми организмами).
В лабораторных условиях дождевых червей вида Eisenia andrei помещали в колбы с отобранными образцами почвы. Учёные следили за такими параметрами, как выживаемость взрослых особей, способность к размножению и поведенческая реакция (стремление избежать контакта с загрязнённой почвой). Параллельно другая группа исследователей анализировала реакцию почвенных микроорганизмов. Они изучили базальное дыхание, отражающее общую активность микробного сообщества, и дыхание, стимулированное внесением питательной среды.
В результате экспериментов, во-первых, выяснилось, что общее содержание меди в почве предсказывает токсичность для дождевых червей ничуть не хуже, чем измерение биодоступной фракции. Это означает, что в условиях реального долговременного загрязнения для оценки риска для червей достаточно измерить общую концентрацию металла, что проще и дешевле.
Во-вторых, дождевые черви продемонстрировали гораздо более высокую чувствительность к меди, чем микроорганизмы. Чтобы вызвать 25-процентное подавление жизненных функций у червей, требовалась концентрация меди в 480 миллиграммов на килограмм почвы. Для того чтобы добиться схожего эффекта на микробное сообщество, потребовалась концентрация в десять раз выше (4570 миллиграммов). Это говорит о том, что в экосистеме с медным загрязнением в первую очередь страдает именно мезофауна, а микробное сообщество демонстрирует устойчивость.
Учёные отмечают, что теперь необходимо изучить и другие участки этого объекта, но с иными почвенными условиями, чтобы понять, как такие свойства, как кислотность или содержание глины, влияют на проявление токсичности меди.
В лабораторных условиях дождевых червей вида Eisenia andrei помещали в колбы с отобранными образцами почвы. Учёные следили за такими параметрами, как выживаемость взрослых особей, способность к размножению и поведенческая реакция (стремление избежать контакта с загрязнённой почвой). Параллельно другая группа исследователей анализировала реакцию почвенных микроорганизмов. Они изучили базальное дыхание, отражающее общую активность микробного сообщества, и дыхание, стимулированное внесением питательной среды.
В результате экспериментов, во-первых, выяснилось, что общее содержание меди в почве предсказывает токсичность для дождевых червей ничуть не хуже, чем измерение биодоступной фракции. Это означает, что в условиях реального долговременного загрязнения для оценки риска для червей достаточно измерить общую концентрацию металла, что проще и дешевле.
Во-вторых, дождевые черви продемонстрировали гораздо более высокую чувствительность к меди, чем микроорганизмы. Чтобы вызвать 25-процентное подавление жизненных функций у червей, требовалась концентрация меди в 480 миллиграммов на килограмм почвы. Для того чтобы добиться схожего эффекта на микробное сообщество, потребовалась концентрация в десять раз выше (4570 миллиграммов). Это говорит о том, что в экосистеме с медным загрязнением в первую очередь страдает именно мезофауна, а микробное сообщество демонстрирует устойчивость.
Учёные отмечают, что теперь необходимо изучить и другие участки этого объекта, но с иными почвенными условиями, чтобы понять, как такие свойства, как кислотность или содержание глины, влияют на проявление токсичности меди.
