Том 17, № 4 (2024)

Методами математического моделирования проведено системное исследование взаимодействия гидробиологических, гидрохимических, гидрологических и гидрофизических процессов, которые протекают в экосистеме Вислинского залива (ВЗ) Балтийского моря с учетом процессов в деятельном слое донных отложений (ДО). Проанализированы особенности динамики соединений азота и фосфора, времени оборота и составляющих баланса соединений биогенных элементов в экосистеме ВЗ, а также степени их временной изменчивости. Показано, что изменчивость соединений азота и фосфора в водной среде возрастает в весенний и осенний периоды. Это связано с увеличением стока рек в залив и повышением уровня внешней биогенной нагрузки на акваторию ВЗ. Модельные расчеты потоков веществ свидетельствуют, что поступление растворенных органических и взвешенных веществ в залив из внешних источников и вынос в Балтийское море – важные процессы, существенным образом влияющие на их содержание в экосистеме ВЗ. Установлено, что при сильных ветрах процесс осаждения взвесей может в значительной степени блокироваться, а интенсивность ресуспензии ДО – существенно возрастать. Анализ основных качественных и количественных особенностей характера временной динамики значений времени оборота растворенного органического азота и растворенного органического фосфора, а также минеральных соединений азота и фосфора свидетельствуют о тесной сопряженности процессов трансформации растворенных органических и неорганических веществ в воде ВЗ. Выполнена количественная оценка процессов потребления и экскреции соединений биогенных элементов разными группами гидробионтов, показана важная роль гетеротрофного бактериопланктона и простейших организмов в процессах трансформации соединений биогенных элементов в экосистеме ВЗ. Модель может быть использована для выполнения сценарного моделирования и анализа возможных изменений экосистемы ВЗ при изменении климатических и антропогенных условий.

На собственном материале и по литературным данным проведено обобщение сведений по роду Tobrilus Andrássy, 1959. Частично изменен диагноз рода, проанализированы видовые диагностические признаки, проведена инвентаризация видового состава. В состав рода включены 29 валидных видов. Дан ключ для определения видов рода и сводная таблица морфологических характеристик валидных видов.

Проанализированы состав и характер изменения низкомолекулярного метаболома (НМ) рдеста пронзеннолистного Potamogeton perfoliatus L., произрастающего в шести биотопах Ладожского озера с различным характером антропогенной нагрузки. Получено, что общее число низкомолекулярных органических соединений (НОС) в составе НМ P. perfoliatus находится в прямой зависимости от антропогенной нагрузки, которая хорошо маркируется развитием цианобактерий. Чем больше интенсивность загрязнения или эвтрофирования вод, или чем выше численность цианобактерий, тем меньше общее число НОС и их концентрация. Выявлена зависимость суммарных концентраций групп соединений НМ от антропогенной нарушенности биотопа и концентрации цианобактерий. Снижение числа, относительного количества, суммарной концентрации карбоновых кислот, числа и содержания ненасыщенных жирных кислот и одновременное увеличение состава и содержания фенолов и суммарного содержания альдегидов и кетонов зависят от увеличения антропогенного пресса. Конкретный состав НМ рдеста пронзеннолистного зависит от его реакции на биотические и абиотические факторы водной среды, включая антропогенный. Выявленные особенности изменения компонентного состава НМ P. perfoliatus открывают возможность использовать его в качестве интегрального индикатора антропогенного воздействия на литоральные биотопы водоемов и ухудшения их экологического состояния.

В клетках культуры крупной диатомовой водоросли Ditylum brightwellii (T. West) Grunow, акклимированной к слабому свету (17 мкмоль фотонов/(м² × с)), многочисленные хлоропласты были равномерно распределены по всей цитоплазме. Через 10 мин нахождения водорослей при экстремально высокой освещенности (1100 мкмоль фотонов/(м² × с)) наблюдали постепенное формирование их агрегатов в центре клетки, которое продолжалось до конца 2-часового периода экспозиции. В процессе кратковременной фотоакклимации к интенсивностям света 510–935 мкмоль фотонов/(м² × с) агрегирование хлоропластов отмечено в течение 20–60 мин, далее выявлено их обратное движение и равномерное распределение в цитоплазме через 120 мин. В условиях более длительного пребывания культуры при интенсивности света 1100 мкмоль фотонов/(м² × с) водоросли сохраняли свою жизнеспособность только в течение 6 ч. Долговременная фотоакклимация данного вида, завершившаяся к концу 2-х суток, выявлена при ослаблении света в ~2 раза. Она выражалась в увеличении объема клеток и отношения С/Хл а, усилении агрегирования хлоропластов в центре клетки и снижении целого ряда флуоресцентных параметров, отражающих эффективность работы фотосистемы II и жизнеспособность культуры.

Представлены результаты комплексного исследования двух компонентов водного биоценоза: флоры и бентоса на мелководье Горьковского водохранилища в пределах природного заказника “Ярославский”. Изучены состав и структура растительных сообществ на границе пояса макрофитов с последующим выделением доминирующих ассоциаций. Оценены таксономический состав и количественные характеристики макрозообентоса в основных растительных биотопах. Растительные сообщества представлены двумя экологическими группами: гелофитами и гидрофитами. Макрофиты занимают до 25% площади мелководного участка исследуемого водного объекта. Бóльшая часть растительных сообществ сосредоточена в северной и северо-восточной частях акватории заказника. Отмечено 11 видов макрофитов из 10 родов и 9 семейств. В сообществах макрофитов, где проводили отбор проб бентоса, выделено 8 типичных ассоциаций. В бентосе этих ассоциаций макрофитов выявлено 35 низших определяемых таксонов (НОТ), из них 17 НОТ – личинки хирономид. В биотопе вне растительности обнаружено 11 НОТ. Наибольшее видовое богатство донных беспозвоночных отмечено в сообществах сусака зонтичного Butomus umbellatus L. и ежеголовника прямого Sparganium erectum L. Бентос растительных сообществ в августе 2021 г. можно охарактеризовать как хирономидно-олигохетный, в открытой литорали преобладали хирономиды. Значительную роль в формировании бентоса в растительных сообществах играли моллюски. Максимальные количественные показатели донных беспозвоночных, в целом, и обилия хирономид рода Glyptotendipes, в частности, были отмечены в сообществе Sparganium erectum. Вероятно, это связано с морфологическим строением данного растения и спецификой формирования сообщества этим видом. В бентосе растительных сообществ преобладали фитодетритофаги–фильтраторы и фитодетритофаги–фильтраторы + собиратели, в открытой литорали – фитодетритофаги–фильтраторы. Во всех исследованных биотопах отсутствовали детритофаги-собиратели. В целом по обилию макрозообентоса участки растительных сообществ можно отнести к высококормным и весьма высококормным.

В результате потепления климата в водоемах Верхней Волги (например, в Рыбинском водохранилище) заметно увеличились среднегодовые показатели температуры воды. Потепление и последующее за ним ухудшение кислородного режима оказали заметное влияние на большую часть популяций рыб, населяющих водоемы умеренной зоны, что привело к изменениям в популяционной структуре многих видов рыб. С периодом потепления в Рыбинском водохранилище совпали такие явления, как исчезновение или резкое снижение численности холодноводных видов (снетка, ряпушки, налима) и крупной щуки. Исчезновение в Рыбинском водохранилище снетка и сложившийся благоприятный температурный режим способствовали появлению и быстрому увеличению численности каспийского вселенца – черноморско-каспийской тюльки, занявшей опустевшую нишу снетка и ставшей вместо него доминирующим видом в пелагиали водоемов Верхней Волги. Потепление привело к уменьшению численности и снижению темпа роста налима и щуки. На многие виды (ерша, судака, окуня и плотву) потепление оказало опосредованное воздействие через дефицит кислорода или трансформацию кормовой базы, что также привело к уменьшению их численности и снижению темпа роста.

Изучен полиморфизм межмикросателлитных последовательностей стерляди Acipenser ruthenus нижнего течения р. Иртыша и среднего течения р. Оби. Дана оценка внутри- и межпопуляционной изменчивости и генетической дифференциации популяций вида. У A. ruthenus центральной части Обь-Иртышского бассейна выявлен высокий уровень ISSR полиморфизма: доля полиморфных локусов достигала 0.966, показатель генетического разнообразия – 0.355, среднее наблюдаемое число аллелей на локус – 1.97. Наибольшие показатели полиморфизма характерны для стерляди, обитающей в месте впадения р. Тобол в р. Иртыш. Генетическая дифференциация между группами стерляди рек Иртыша и Оби хорошо выражена, на межпопуляционную составляющую приходится 42% изменчивости (Gst = 0.42), поток генов ограничен (Nm = 0.67). Группировки стерляди, обитающие на участке Нижнего Иртыша от устья р. Тобол до устья р. Конда, генетически не различаются между собой и формируют единую популяцию (Gst = 0.08–0.12, Nm = 3.76–5.55). Стерлядь из р. Иртыша в пределах Вагайского р-на генетически отличается от остальных иртышских выборок (Gst = 0.22, Nm = 1.68) и принадлежит к другой популяционной группировке. Степень дифференциации между выборками стерляди из бассейна р. Оби выше, чем между выборками из бассейна р. Иртыша. Группировки стерляди р. Оби и протоки Юганская Обь генетически различаются между собой (Gst = 0.30, Nm = 1.19) и образуют отдельные субпопуляции. В формировании популяционной структуры стерляди на изученной части ареала определяющую роль играют нерестовые миграции, а также приуроченность к зимовальным ямам. Выявленные популяционные группировки стерляди следует рассматривать как отдельные единицы природоохранного и хозяйственного управления.

В работе проанализирована динамика встречаемости четырех видов рыб семейства осетровых (Acipenseridae): русского осетра Acipenser gueldenstaedtii, стерляди A. ruthenus, севрюги A. stellatus, белуги Huso huso в браконьерских уловах из р. Урал (Жайык) в границах Республики Казахстан. Приведены данные о величине изъятого контрафакта (ННН – незаконный, несообщаемый и нерегулируемый вылов) в период 2012–2018 гг., демонстрирующие флуктуацию объемов ННН-вылова осетровых в данной реке, а также доминирование самцов их популяциях. Оценены биологические показатели рыб, изымаемых ННН-выловом, – соотношение полов, возраст, масса и длина тела.

В экспериментальных условиях исследовано личиночное развитие паразита рыб, скребня Acanthocephalus tenuirostris, распространенного в восточных регионах России от Приморья до верховьев р. Колыма. Материал для опытов был собран в разных районах Магаданской обл., бóльшая часть которой находится в зоне субарктического климата. В нескольких сериях экспериментов заражение и содержание промежуточных хозяев скребня, водяных осликов Asellus hilgendorfii, проходило при постоянной температуре 15°С. Во всех случаях для формирования окончательной стадии развития – цистаканта – требовалось ≤ 45 сут. Одновременно с цистакантами в полости тела осликов присутствовало большое количество личинок более ранних стадий развития. Дополнительный эксперимент, проходивший первые 45 сут при 15°С и следующие 207 сут при 4–6°С, показал возможность дальнейшего развития личинок при пониженных температурах. Сравнение вновь полученных данных и литературных сведений о сроках развития европейских видов рода Acanthocephalus, обитающих в условиях умеренного климата, позволило сделать вывод о наличии температурной адаптации у A. tenuirostris к холодному климату, что обеспечивает двукратное ускорение скорости его ларвогенеза относительно A. lucii в Европе.

Экспериментально выявлено наличие комплекса биологически активных стероидных соединений (БАСС) – гидрокортизона, кортикостерона, прогестерона, тестостерона и эстрогенов (гормонов позвоночных) у беспозвоночных гидробионтов разного филогенетического уровня. Зафиксированы особенности количественного содержания БАСС в разных органах и тканях гидробионтов и их изменения на разных стадиях развития. Уровень БАСС в организмах или их органах во многом обусловлен собственным стероидогенезом, но в то же время организмы могут накапливать экзогенные стероидные соединения. Показана адаптивная роль БАСС у некоторых беспозвоночных в изменяющихся условиях водной среды. Сходство концентрации стероидных соединений в разных группах бионтов свидетельствует о некой “физиологической константе” этого комплекса соединений у всех организмов.

Представлены результаты эксперимента по пероральному вводу с пищей полихлорированного бифенила (ПХБ) 118 в организмы рыб Danio rerio (Hamilton, 1822) (F0) с расчетными дозами 5, 20, 80 мкг/особь. В первом поколении F1 обнаружено снижение выживаемости и смещение в соотношении полов преимущественно в сторону самок. Во втором поколении F2 отмечены те же эффекты, что и в поколении F1, но не так ярко выраженные. Выдвинута гипотеза, что выявленные эффекты в поколении F2 могут быть вызваны эпигенетическими механизмами, которые еще плохо изучены. Возможно, феминизация популяций животных и снижение их выживаемости – весьма сильные факторы по сокращению популяций живых организмов, в том числе и человека, особенно вблизи очагов распространения ПХБ. Необходимо проведение исследования эпигенетических механизмов для разработки мер по устранению и предотвращению проблем с биотической деградацией и депопуляцией рыб в очагах воздействия ПХБ, которые возникли вследствие неправильной утилизации отходов электротехники, содержащей ПХБ.

Методом газовой хроматографии/масс-спектрометрии впервые исследован компонентный состав низкомолекулярного метаболома (НМ) реликтового водного макрофита, занесeнного в Красные книги Российской Федерации и Республики Беларусь, Lobelia dortmanna L. (Campanulaceae, Magnoliophyta), произрастающей на северо-западе Вологодской обл. Выявлено 127 летучих низкомолекулярных органических соединений, включая 13 мажорных соединений, достигающих 77.23% общей концентрации летучих низкомолекулярных органических соединений (198.75 мкг/г сухой массы растения). В составе НМ преобладали карбоновые кислоты и углеводороды. Присутствие в составе НМ L. dortmanna большого числа биологически активных метаболитов с высокой концентрацией может свидетельствовать о значительном влиянии данного растения на гидробиоценозы литоральной зоны олиготрофных озер. Дальнейшие исследования НМ водных макрофитов олиготрофных озер позволят оценить фоновые характеристики природной среды для более эффективного мониторинга экологического состояния водных объектов Северо-Запада РФ и рационального использования их биологических ресурсов.