Chemical composition of wild and domestic animals’ organism in areas of geophagy distribution in Altai Republic

Full Text

Введение

Тема концентрирования химических элементов в органах и тканях млекопитающих животных и у человека в зависимости от геохимических особенностей природных ландшафтов пока остается слабо разработанной. В России этой темой традиционно занимались и продолжают заниматься в институте геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН. Последняя крупная работа по данной тематике была опубликована специалистами этого учреждения в 2008 г. [1]. Как в России, так и за рубежом подобные работы продолжают ограничиваться сравнительно небольшим набором определяемых химических элементов, среди которых либо элементы из группы эссенциальных, либо из группы токсичных.

Наш интерес к данной теме связан с исследованием феномена геофагии – явления внутреннего потребления землистых веществ, которое присуще животным (преимущественно растительноядным) во многих регионах мира [2]. Это явление было характерно и для людей, причем в массовом виде с древних времен и до середины ХХ в. [3].

Регулярно-периодическое посещение животными одних и тех же мест с целью поедания минеральных веществ приводит к формированию особых ландшафтных комплексов, которые в зарубежной литературе принято называть «salt licks» [4], «natural licks» [5] или «mineral licks» [6], что по-русски дословно означает: «солевые, естественные и минеральные лизунцы» соответственно. В 2013 г. мы предложили и с тех пор используем термин «кудуры», который заимствован нами из лексикона тюркских пастухов [7]. Термин «лизунцы» мы также употребляем для обозначения конкретных мест выедания и вылизывания горных пород на кудурах, как ландшафтных комплексах, иногда весьма обширных, сформированных при участии животных.

Несмотря на широкую распространенность геофагии и давнюю историю изучения этого феномена, причины стремления животных поедать грунты остаются до конца не известными. Существует несколько гипотез, объясняющих этот феномен, среди которых наиболее популярны «натриевая» [8], «детоксикационная» [9] и сравнительно недавно разрабатываемая нами «редкоземельная» [10, 11]. «Редкоземельная» гипотеза представляется нам наиболее актуальной. Основана она на участии редкоземельных элементов (РЗЭ) в нервной, эндокринной и иммунной системах организмов, при этом стабильная работа таких систем определяется сохранением в них необходимого уровня концентрации элементов из подгруппы легких лантаноидов при содержании представителей из подгруппы тяжелых лантаноидов ниже предела обнаружения, которые в норме не входят в эти важнейшие системы организма (или входят в крайне незначительном количестве).

Цель данной статьи – оценить самые общие особенности содержания как можно более широкого набора химических элементов с акцентом на РЗЭ в организмах диких и домашних животных на территории Горного Алтая (Онгудайский район Республики Алтай, бассейн р. Малой Сумульты). В качестве модельных объектов выбраны алтайский марал (Cervus elaphus sibiricus Severtzov, 1873) и дикий кабан (Sus scrofa scrofa Linnaeus, 1758), которые были добыты по охотничьим лицензиям в одном из районов активной геофагии в бассейне р. Малой Сумульты (рис. 1), а также домашняя свинья (Sus scrofa domesticus Erxleben, 1777), выкупленная у частного владельца в селе Купчегень, которое находится приблизительно в 40 км от места добычи диких животных (рис. 1).

 

Рис. 1. Места добычи диких и домашних животных на территории Онгудайского района Республики Алтай с целью отбора проб органов и тканей: 1 – место добычи марала и дикого кабана; 2 – место отбора проб от домашней свиньи

Fig. 1. Sites of capture of wild and domestic animals on the territory of Ongudai district of the Altai Republic for sampling organs and tissues: 1 – capture place of red deer and wild boar; 2 – sampling place of domestic pig

 

Краткая ландшафтная и геологическая характеристика районов исследования

Рельеф в бассейне р. М. Сумульты сильно расчлененный с колебанием абсолютных высот от 500 до 2620 м. Большая часть территории покрыта густыми елово-кедровыми и лиственничными лесами с участками елово-березовых и осиновых лесов на месте старых гарей. На безлесных участках к середине лета отрастает густой и высокий травяной покров.

Для данной территории характерны суровая и снежная зима и сравнительно жаркое короткое лето. Средние температуры января около –16 °С, июля – +18 °С. Среднегодовое количество осадков составляет около 450 мм. Продолжительность периода со снежным покровом в долинах основных рек до 150 дней и до 200 дней на высокогорных склонах.

В нижней и средней частях речной долины, там, где сосредоточены практически все кудуры, на одном из которых были добыты марал и дикий кабан, развиты метаморфизованные мелководно-морские (песчано-илистые) отложения верхнекембрийско-нижнеордовикского возраста. В верхней части речного бассейна значительные площади занимают выходы щелочных гранитов пермского возраста с высокими содержаниями минералов РЗЭ (преимущественно монацит). Монацитсодержащие пески, согласно материалам государственной геологической съемки (масштаб 1:200000, карта M-45-IX, В.М. Сенников, 1958), отмечены геологами в песчаном аллювии во многих местах речной поймы в среднем и нижнем течении Малой Сумульты. Таким образом, большинство кудуров по р. М. Сумульте сосредоточено в относительной близости от гранитного массива, на расстоянии от края гранитов не далее 6 км. Места их расположения приурочены к крутым склонам и вершинам гор южных и юго-западных экспозиций по левому борту р. М. Сумульты там, где на поверхность выходят сильно выветрелые сланцы гидрослюдисто-хлоритового или кварц-гидрослюдисто-хлоритового состава.

Животные, среди которых преобладают маралы, поедают тонкодисперсные продукты выветривания сланцев с размерностью частиц от глинистой до песчаной фракции, причем отыскивая их как на коренных обнажениях, так и среди склоновых делювиально-пролювиальных отложений. Внешне местные кудуры выражены сравнительно слабо (если сравнивать их с кудурами в береговой зоне Телецкого озера). Отличительными их признаками являются наличие характерных осветленных в результате выедания и вылизывания мелкозема обнажений горных пород, а также ведущие к ним торные звериные тропы.

Село Купчегень, где была выращена опробованная нами домашняя свинья, расположено в речной пойме на слиянии рек Большой Ильгумень и Купчегень, недалеко от впадения р. Большой Ильгумень в Катунь (рис. 1). Основная часть села отстроена на аллювиальных террасах четвертичного возраста, меньшая часть – на склонах речных долин, сложенных гранитами и гранодиоритами девонского возраста (данные государственной геологической съемки, масштаб 1:200000, лист M-45-XV, В.И. Зиновьев, 2001).

Материалы и методы исследования

Отбор биогеохимических проб от животных на территории Онгудайского района проводился нами дважды. Первый раз в ноябре 2020 г. проведен отбор проб от домашней свиньи (взрослая самка) в селе Купчегень (рис. 1). Отбор выполнен сотрудниками отделения геологии Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета Н.В. Барановской и А.И. Беляновской. Второй отбор проведен сотрудником Тихоокеанского института географии ДВО РАН (г. Владивосток) И.В Серёдкиным в конце апреля 2021 г. в бассейне р. М. Сумульты (рис. 1). На Малой Сумульте недалеко от одного из кудуров были добыты и опробованы алтайский марал (самец годовалый) и дикий кабан (самец взрослый). Следует заметить, что в пищеварительном тракте и марала, и кабана было обнаружено значительное количество (килограммы) минерального вещества хлорит-гидрослюдистого состава, потребленного на кудуре.

Отобранные пробы органов и тканей животных замораживались в автомобильном холодильнике при температуре –20 °С и транспортировались в лабораторию Томского политехнического университета. Подготовка проб к анализу предусматривала предварительное их просушивание в сушильном шкафу при температуре 60 °С, затем от просушенных проб отбирались фрагменты массой 200 мг, которые измельчались в агатовой ступке до фракции пудры. Измельченная проба помещалась в закрывающийся фторопластовый цилиндр с добавлением 0,2–1,0 мл концентрированной азотной кислоты, после чего цилиндр помещался в термошкаф, разогретый до температуры 115 °С, где выдерживался от 0,5 до 1,0 ч. После полного растворения проба перемещалась в мерную полипропиленовую пробирку, где ее объем доводится деионизованной водой до 10 мл, после чего раствор отправлялся на анализ методом ИСП-МС (масс-спектрометр NexION 300D). Контроль точности анализа ИСП-МС проводился с применением мульти элементных калибровочных стандартных растворов № 1–5 (Multi-Element Calibration Standart) (PerkinElmer, США). Все анализы биологических материалов, кроме хвостовых желез маралов, выполнялись в проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии НИ ТПУ (заведующая лабораторией канд. геол.-минерал. наук А.А. Хващевская).

Всего было проанализировано 33 пробы органов и тканей алтайского марала, 28 проб дикого кабана и 38 проб свиньи домашней.

Из части высушенных проб были сделаны препараты для исследования на аналитическом электронном микроскопе (SEM-Tescan Lyra 3 XMH) с энергодисперсионным спектрометром (AZtec X‑Max 80 Standart). Этот вид работ выполнен в Аналитическом центре Дальневосточного геологического института ДВО РАН (г. Владивосток).

По полученным аналитическим данным по 28 пробам от каждого животного были рассчитаны медианные значения содержаний химических элементов для организма в целом. Перечень органов от каждого животного, на основе которых рассчитывались медианные содержания, приведен в табл. 2. Также был выполнен многофакторный анализ, позволивший выделить основные факторы, влияющие на формирование элементного состава организма опробованных животных.

Результаты исследования и их обсуждение

Медианные содержания химических элементов в организмах исследуемых животных представлены в табл. 1 (в порядке уменьшения значений). В графической форме они приведены на рис. 2, 3.

 

Таблица 1. Медианные содержания химических элементов в организмах опробованных животных в порядке уменьшения значений (мг/кг, сухое вещество)

Table 1. Median concentrations of chemical elements in the bodies of sampled animals in order of decreasing values (mg/kg, dry matter)

Элемент (Element)	Марал (deer)	Кабан (boar)	Свинья (pig)	Элемент (Element)	Марал (deer)	Кабан (boar)	Свинья (pig)
Cl	23675	11678	12652	Ce	0,02	0,06	0,07
S	21701	18371	19774	Zr	0,02	0,04	0,01
K	12231	9026	11641	La	0,01	0,05	0,02
P	8351	6887	8316	Cs	0,01	0,04	0,02
Na	4966	4911	5890	Cd	0,02	0,03	0,01
Mg	550	719	1072	Ga	0,005	0,01	0,01
Ca	852	417	579	Nb	0,004	0,01	0,002
Fe	193	176	87,7	Nd	0,004	0,01	0,01
Si	111	107	133	Ta	0,004	0,01	0,01
Br	96,4	42,2	20,4	Th	0,004	0,01	0,01
Zn	58,4	64	62,6	Y	0,003	0,01	0,004
Al	6,16	6,77	39,1	Sn	0,003	0,003	0,01
Mn	5,81	8,15	1,67	Sb	0,003	0,001	0,01
Ti	6,42	5,6	4,62	Hf	0,003	0,005	0,002
Rb	4,93	5,3	12,6	Pr	0,001	0,003	0,002
Cu	3,7	6,16	4,35	Ag	0,002	0,002	0,001
Ba	2,81	0,19	0,15	W	0,0002	0,003	0,002
Sr	1,71	1,03	0,48	Gd	0,0001	0,002	0,001
B	1,26	0,93	0,44	Rb	0,0002	0,0002	0,0001
I	1,11	0,54	0,39	Bi	0,0001	0,0002	0,001
Se	0,57	0,71	0,5	U	0,00005	0,001	0,001
Cr	0,29	0,35	0,31	Au	0,00005	0,00005	0,01
Ni	0,1	0,28	0,12	Dy	0,00005	0,0005	0,001
Li	0,14	0,24	0,02	Sm	0,00005	0,0004	0,001
Pb	0,22	0,05	0,05	Tl	0,00005	0,0002	0,001
Sc	0,07	0,11	0,07	Ir	0,00005	0,00005	0,001
Mo	0,07	0,07	0,12	Tb	0,00005	0,00005	0,0002
V	0,09	0,09	0,04	Er	0,00005	0,00005	0,0002
As	0,06	0,03	0,02	Eu	0,00005	0,00005	0,0001
Сo	0,05	0,05	0,01	Ho	0,00005	0,00005	0.0001
Hg	0,06	0,004	0,01	Lu	0,00005	0,00005	0,0001

Примечание. Красным выделены значения ниже предела обнаружения. В таблице не приведены данные по Be, Ge, Re, Pd, In, Te, Re, Os, Pt, Tm и Yb – результаты по ним во всех организмах были ниже предела обнаружения.

Note. Values below the detection limit are highlighted in red. The table does not include data for Be, Ge, Re, Pd, In, Te, Re, Os, Pt, Tm and Yb, as the results for these were below the detection limit in all organisms.

 

Рис. 2. Медианные содержания макро- и микроэлементов в организмах опробованных животных в порядке уменьшения значений (мг/кг, сухое вещество)

Fig. 2. Median concentrations of macro- and microelements in the organisms of the sampled animals in order of decreasing values (mg/kg, dry matter)

 

Рис. 3. Медианные содержания РЗЭ в организмах опробованных животных в порядке уменьшения значений (мг/кг, сухое вещество)

Fig. 3. Median rare earth elements (REE) concentrations in organisms of tested animals in order of decreasing values (mg/kg, dry matter)

 

Как очевидно из табл. 1 и рис. 2, к макроэлементам в составе организма (к элементам, содержание которых свыше 1 г/кг) относятся все первые элементы в таблице от хлора до магния. При этом в организме марала, по сравнению с организмами свиней, существенно (почти вдвое) выше содержание Cl, заметно выше содержание S. Содержание остальных макроэлементов сопоставимо у всех животных. У свиньи домашней заметно выше, по сравнению с другими животными, содержание Mg.

В табл. 2 приведены содержания хлора в пробах по 28 органам от каждого животного. Каждый орган представлен единичной пробой. По полученным данным проводился расчет медианного содержания хлора (подобным образом рассчитывались и медианные содержания остальных химических элементов) во всем организме.

 

Таблица 2. Содержания хлора в органах опробованных животных (мг/кг, сухое вещество)

Table 2. Chlorine concentrations in the organs of sampled animals (mg/kg, dry matter)

Орган/ткань Organ/tissue	Cl
	Марал (deer)	Кабан (boar)	Свинья (pig)
Сердце (Heart)	20481	8688	10385
Костный мозг (Bone marrow)	1221	515	160
Селезенка (Spleen)	23912	19719	7292
Головной мозг (Brain)	13491	5369	13487
Спинной мозг (Spinal cord)	11997	1670	8621
Трахея (Trachea)	10424	16378	14385
Бронх (Bronchi)	12214	19739	20251
Легкое (Lung)	37449	27031	28602
Зуб (Tooth)	5263	1674	4903
Бедренная мышца (Femur muscle)	10440	5968	6646
Диафрагма (Diaphragm)	14399	6114	2680
Глаз (Eye)	23570	29112	18263
Ухо (Ear)	26804	6505	17009
Кожа (Skin)	22280	13742	2163
Язык (Tongue)	34316	11445	11355
Пищевод (Esophagus)	39588	11911	12673
Желудок (Stomach)	20701	12602	20848
Тонкая кишка начало (Small bowel beginning)	54093	15286	24049
Тонкая кишка середина (Small bowel middle)	36535	18411	16761
Тонкая кишка конец (Small bowel end)	34861	22549	19973
Слепая кишка (Blind gut)	23779	5424	7393
Ободочная кишка начало (Large bowel beginning)	24729	5206	9829
Ободочная кишка середина (Large bowel middle)	17453	5721	8694
Ободочная кишка конец (Large bowel end)	10492	7165	12631
Прямая кишка (Straight bowel)	27189	6885	11597
Почка (Kidney)	40301	18990	49686
Мочевой пузырь (Urinary bladder)	32802	16886	33832
Семенник/яичник (Testicle/ovarium)	30386	33499	32564
МЕДИАНА (MEDIAN)	23675	11678	12652

 

Далее вернемся к рассмотрению данных по микроэлементам в табл. 1. Из этих данных следует, что в организме диких животных (у марала и кабана) явно выше, чем у свиньи домашней, содержание Са, Fe, Br, Mn, В, и Li. У марала, в отличие от свиней, наиболее высоки концентрации Br, Ba, Sr, B, I, Pb, As и Hg и заметно ниже содержание Ga, Nb, Nd, Ta, Th, Sb, W, U, Tl. В организме свиньи домашней, в свою очередь, заметно выше, чем у диких животных, содержание Al, Rb, Mo, Sn, Sb, Bi, Ir и Au.

Концентрация РЗЭ в организме свиней (как у дикого кабана, так и у свиньи домашней) оказалась заметно выше, чем в организме молодого оленя. Это относится к Sc, Y и легким лантаноидам (рис. 2), а также к тяжелым лантаноидам. При этом наибольшее содержание ТРЗЭ выявлено у свиньи домашней (табл. 1).

РЗЭ с наибольшими медианными концентрациями в организме изучаемых животных приведены (в порядке уменьшения) на рис. 3.

Вероятнее всего, это и есть тот набор РЗЭ, который востребован в организме млекопитающих. Все остальные элементы из группы РЗЭ, похоже, не входят в норме в состав органов и тканей млекопитающих, и их наличие, тем более в повышенных концентрациях, может свидетельствовать об отклонении от нормы.

Интересно было бы сравнить полученные нами данные медианных содержаний химических элементов в организме животных с аналогичными данными по животным из других регионов. К сожалению, такие данные зачастую получены устаревшими методами анализа, поэтому сравнение с ними можно проводить лишь условно. В связи с чем далее перейдем к рассмотрению особенностей концентрации химических элементов в отдельных органах в сравнении с данными, полученными разными авторами по аналогичным животным в других регионах мира.

Сравнение наших данных по печени алтайского марала с данными химического состава печени благородных оленей на территории ряда стран Европы (табл. 3) показало, что у марала существенно выше содержания Fe, Cu, Se, Cd и Hg. Причем по Hg превышение на 3 порядка. Лишь по некоторым регионам наблюдается превышение содержаний элементов в печени оленей по Zn, Pb, Se и Cd.

 

Таблица 3. Сравнение элементного состава некоторых органов у марала с р. Малой Сумульты и у оленей из ряда других стран (мг/кг, сухое вещество)

Table 3. Comparison of the elemental composition of some organs of red deer from river M. Sumulta and deer from several other countries (mg/kg, dry matter)

Орган/ткань Organ/tissue	Элемент Element	Регион, источник (Region, source)
		Горный Алтай Gorny Altai	Хорватия Croatia [12]	Норвегия Norway [13]	Польша Poland [14]	Нидерланды Netherlands [15]	Казахстан Kazakhstan [16]	Канада Canada [17]
Печень Liver	Fe	503	68,5	–	–	394	–	–
	Cu	146	14,7	15	16	86	–	122
	Zn	64,3	30	33	31	115	–	79,7
	Se	0,76	0,24	0,2	–	–	–	1,40
	Cd	0,72	0,18	0,04	0,19	–	–	1,10
	Hg	0,63	0,009	0,005	–	–	–	–
	Pb	0,44	0,95	0,07	0,26	0,49	–	<0,05
Мышца Muscle	Cu	6,94	3,48	–	3,3	–	1,40	–
	Zn	159	43,4	–	39	–	30,0	–
	Cd	<0,0001	0,12	–	0,1	–	<0,05	–
	Pb	0,01	0,15	–	0,22	–	<0,008	–
Почка Kidney	Fe	3940	101	–	–	284	–	–
	Cu	14,2	4,84	–	5,2	14	–	–
	Zn	72,9	49,2	–	30	144	–	–
	Cd	7,69	2,65	–	2,2	–	–	–
	Pb	1,88	0,09	–	0,31	1,258	–	–

 

Сопоставление химического состава мышц у марала и оленей из ряда европейских стран показало существенно более высокие значения у марала по Cu и Zn и значительно ниже показатели по Cd и Pb.

В почках сравниваемых животных у марала несопоставимо больше Fe, несколько больше Cu, Cd и Pb.

Наиболее сильные различия в химическом составе органов марала и оленей из других регионов мира выявлены по Hg в печени (у марала превышение в 100 раз) и по Fe в почках (у марала превышение в 100–300 раз).

Сопоставление данных содержания химических элементов в печени и почках у дикого кабана с р. М. Сумульты и аналогичных животных на территории некоторых стран Европы и Турции (табл. 4) показывает существенно повышенные содержания Mg, Mn, Fe и Zn в печени алтайского кабана, при этом содержания Сr, Cu, As, Se, Cd и Pb сопоставимы. В мышцах у сравниваемых животных концентрации большинства элементов сопоставимы. Разница лишь в более высоком накоплении у кабанов из Италии и Турции Cd и Pb. В почках у кабана с Алтая выше содержание Cd и местами Cu, но меньше Fe, редко Cr, Zn и Pb.

 

Таблица 4. Сравнение элементного состава некоторых органов у дикого кабана с р. Малой Сумульты и у кабанов из ряда других стран (мг/кг, сухое вещество)

Table 4. Comparison of the elemental composition of some organs of wild boar from river M. Sumulta and boars from several other countries (mg/kg, dry matter)

Орган/ткань Organ/tissue	Элемент Element	Регион, источник (Region, source)
		Горный Алтай Gorny Altai	Нидерланды Netherlands [15]	Италия Italy [18]	Польша Poland [19]	Швеция Sweden [20]	Турция Turkey [21]
Печень Liver	Mg	862	–	–	–	197	–
	Cr	0,34	–	0,14	–	–	1,3
	Mn	18,1	–	–	–	1,66	3,89
	Fe	4100	995	–	–	129	–
	Cu	30,9	15	46,1	–	6,67	0,71
	Zn	211	136	49,8	–	25,1	38,9
	As	0,002	–	–	–	0,02	–
	Se	1,08	–	–	–	2,3	0,42
	Cd	1,25	–	0,09	–	4,16	0,61
	Pb	0,25	0,92	0,32	–	0,14	0,75
Мышца Muscle	Na	1827	–	–	1572	–	–
	Mg	818	–	–	557	–	–
	Cr	0,29	–	0,14	–	–	1,35
	Mn	1,1	–	–	1,91	–	1,0
	Fe	133	–	–	82,4	–	–
	Cu	5,6	–	12,2	5,82	–	0,45
	Zn	68,6	–	53,2	117	–	45,7
	Cd	<0,0001	–	0,08	–	–	0,51
	Pb	0,002	–	0,13	–	–	0,44
Почка Kidney	Cr	0,33	–	0,1	–	–	1,82
	Fe	252	525	–	–	–	–
	Cu	14,4	17	5,64	–	–	1,25
	Zn	59,7	140	32,5	–	–	32,2
	Cd	6,74	–	1,05	–	–	3,05
	Pb	0,08	1,33	0,3	–	–	0,52

 

Для организма свиньи домашней сравнение сделано только по мышцам и почкам. Выявлено, что в пробе бедренной мышцы домашней свиньи с Алтая по большинству элементов показатели либо сопоставимы, либо меньше показателей по мясу свиней из ряда стран Европы, Африки и США, а в почках, наоборот, все показатели по элементам (кроме As) выше у изучаемого животного (табл. 5).

 

Таблица 5. Сравнение элементного состава некоторых органов у свиньи домашней из села Купчегень (Горный Алтай) и ряда других стран (мг/кг, сухое вещество)

Table 5. Comparison of the elemental composition of some organs of domestic pig from Kupchegen and pigs from several other countries (mg/kg, dry matter)

Орган/ткань Organ/tissue	Элемент Element	Регион, источник (Region, source)
		Горный Алтай Gorny Altai	Польша Poland [19]	Испания Spain [22]	Греция Greece [23]	Нигерия Nigeria [24]	США USA [25]
Мышца Muscle	Cr	0,22	–	0,13	<0,006	–	0,70
	Mn	0,19	1,92	1,01	–	–	–
	Fe	15,5	34,9	26,5	–	3,78	–
	Cu	1,44	3,05	6,85	–	0,05	9,87
	Zn	31,2	61,3	42,5	–	–	86,4
	As	0,02	–	0,003	–	–	–
	Cd	0,004	–	0,01	<0,02	0,03	–
	Pb	0,02	–	0,003	<0,02	0,09	–
	Hg	0,01	–	0,001	–	–	0,14
Почка Kidney	Cr	0,28	–	0,08	<0,006	–
	Fe	376	–	51,6	–	0,94	–
	Cu	28,3	–	5,63	–	0,26	–
	Zn	93,1	–	28,9	–	–	–
	As	0,04	–	0,01	–	–	–
	Cd	0,49	–	0,31	<0,02	0,02	–
	Pb	0,15	–	0,008	<0,02	0,08	–

 

Характерной особенностью элементного состава организма домашней свиньи из села Купчегень является высокое содержание Pb в головном мозге (14,1 мг/кг), что в несколько раз превышает эталонное содержание элемента в бычьей печени, используемой в качестве стандартного показателя для мяса, пригодного к потреблению человеком [26]. И это при том, что максимальное медианное содержание Pb выявлено в организме марала. Аномально высокое содержание свинца в головном мозге купчегеньской свиньи подтверждено методом сканирующей электронной микроскопии с энергодисперсионным спектрометром. В пробе головного мозга была обнаружена Pb-содержащая частица (рис. 4).

 

Рис. 4. Электронно-микроскопическое изображение в обратно рассеянных электронах и энергодисперсионный спектр Pb-содержащей частицы в головном мозге домашней свиньи из села Купчегень

Fig. 4. Electron microscopic image in backscattered electrons and energy dispersive spectrum of a Pb-containing particle in the brain of a domestic pig from Kupchegen

 

Столь высокая степень накопления Pb в головном мозге не может быть объяснена на данном этапе работы, этот вопрос требует дальнейших исследований.

С целью выявления основных факторов, влияющих на накопление химических элементов в организме исследованных животных, был выполнен многофакторный анализ всей совокупности данных. Полученные результаты представлены в табл. 6.

 

Таблица 6. Результаты многофакторного анализа элементного состава органов и тканей изученных животных

Table 6. Results of multifactorial analysis of elemental composition of organs and tissues of the studied animals

Алтайский марал (Altai red deer)
Фактор 1 (Factor 1)	Фактор 2 (Factor 2)	Фактор 3 (Factor 3)
Al, Si, V, Mn, Ga, Y, Zr, In, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb, W, Th, U	Li, P, Ca, Ti, Sr, Rh, Ba	As, Se, Cd, Te, Hg, Tl
Кабан (Wild boar)
Фактор 1 (Factor 1)	Фактор 2 (Factor 2)	Фактор 3 (Factor 3)
Li, Be, B, Al, Si, Sc, V, Cr, Mn, Co, Ni, Ga, As, Y, Zr, In, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Pb, Th, U	P, Ca, Ti, Rh	Ag, Pt, Au
Домашняя свинья (Domestic pig)
Фактор 1 (Factor 1)	Фактор 2 (Factor 2)	Фактор 3 (Factor 3)
Li, Al, Si, V, Mn, Co, Ni, Ga, As, Y, Ba, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Th, U	Mg, P, Ca, Sr	Cl, Cu, Se, Br, Mo, Cs, Hf, Ir

 

По результатам анализа для каждого животного было выявлено три значимых фактора, влияющих на особенности концентрации химических элементов в организме. Для алтайского марала ведущий фактор отвечает за особенности концентрации и распределения широкого спектра химических элементов, в том числе РЗЭ и радиоактивных элементов (РАЭ). Вероятнее всего, это фактор питания животного с учетом геофагии. Вторым фактором, вероятно, является способность химических элементов к накоплению в костной ткани. На это указывает наличие среди этой группы элементов Ca, P – основных компонентов гидроксилапатита и других остеотропных элементов. Третий фактор, по-видимому, отражает особенности металлогении места обитания изучаемого животного. Все химические элементы в данном случае являются халькофильными. Как известно, район Горного Алтая богат месторождениями и проявлениями полиметаллических руд [27].

Для организма кабана первый фактор, как и в случае с маралом, имеет наибольшую долю влияния на химические элементы и, скорее всего, является фактором потребляемой пищи и геофагии. Второй фактор, как и в первом случае, вклад костной ткани в элементный состав организма. Третий фактор, влияющий на распределение элементов из группы благородных металлов, связан с особенностями местной металлогении.

В организме домашней свиньи первый фактор, аналогично с предыдущими животными, имеет наибольшую долю влияния и, скорее всего, также обусловлен химическим составом пищи. На это указывает схожий спектр химических элементов, связанных с влиянием данного фактора, причем для всех трех исследованных животных с этим фактором связано поступление в организм редких, редкоземельных и радиоактивных элементов. Второй фактор связан с остеотропными химическими элементами. Третий фактор у свиньи домашней, возможно, связан с участием в диете искусственных кормов. Согласно литературным данным, в различных типах комбикормов содержатся значительные концентрации Cu, Se, Mo [28]. Помимо влияния комбикормов к третьему фактору также следует отнести возможное влияние местной геохимии, в том числе гидрогеохимии природных вод.

Заключение

В организме алтайского марала, кабана и домашней свиньи наивысшими медианными значениями обладают среди макроэлементов – S, Cl и K; среди неметаллов – Br и I; среди тяжелых металлов – Pb и Hg; среди радиоактивных – Th; среди редкоземельных – Sc, Ce, La, Nd, Y и Pr. При этом концентрация РЗЭ в организме свиней оказалась выше, чем в организме марала, а максимальные содержания РЗЭ тяжелой подгруппы выявлены в организме свиньи домашней из села, расположенного в пределах гранитного массива, причем на реке, в бассейне которой значительные площади заняты кислыми магматическими породами, в том числе щелочными гранитами.

Интересный и пока необъяснимый факт, выявленный нами в отношении макроэлементов, состоит в том, что в организме марала концентрация Cl почти вдвое выше, чем в организмах свиней.

В организмах изученных животных выявлены значительные превышения концентраций некоторых химических элементов в ряде органов и тканей относительно опубликованных данных по аналогичным видам животных из других регионов мира. Так, в мышце, печени и почке алтайского марала выявлены значительно более высокие содержания Fe, Сd и особенно Hg, содержание которой в печени на 2 порядка выше, чем у оленей из других регионов. В печени дикого кабана из Горного Алтая также выявлено резко повышенное содержание Fe и необычайно высокое содержание W в бронхах (1,08 мг/кг). У домашней свиньи из села Купчегень выявлено аномальное содержание Pb в головном мозге (14,4 мг/кг).

С помощью электронной микроскопии с ЭД анализатором на препаратах из проб свиньи домашней выявлено, что непосредственно в тканях головного мозга имеются стяжения (возможно, минеральные агрегаты), состоящие преимущественно из свинца.

Выявлено также, что каждое изученное животное имеет присущие только ему особенности накопления некоторых химических элементов: благородные металлы активнее аккумулируются в органах и тканях свиньи домашней; Hg и зачастую Pb накапливаются в большинстве органов в организме алтайского марала; покровные и дыхательные органы дикого кабана являются в большей степени, чем у других животных, концентраторами РЗЭ, РАЭ, металлов группы железа и W.

Основными факторами, влияющими на формирование элементного состава организма животных, обитающих непосредственно в районе активной геофагии, предположительно, являются фактор питания (в том числе геофагия), а также способность элементов накапливаться в костной ткани. Основными факторами формирования элементного состава организма свиньи в селе Купчегень, наиболее вероятно, являются применяемые при откорме привозные кормовые смеси и особенности местной металлогении, обусловленные расположением села в пределах гранитного массива и проявляемые через химические составы местных кормов и природных вод.

About the authors

Natalia V. Baranovskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: nata@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3729-800X

Dr. Sc., Professor

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Alexander M. Panichev

Pacific Geographical Institute FEB RAS

Email: sikhote@mail.ru

Dr. Sc., Cand. Sc., Leading Researcher

Russian Federation, 7, Radio street, Vladivostok, 690041

Dmitry A. Strepetov

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: das57@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-1041-4747

Postgraduate Student

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Ivan V. Seryodkin

Pacific Geographical Institute FEB RAS

Email: seryodkinivan@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4054-9236

Cand. Sc., Leading Researcher

Russian Federation, 7, Radio street, Vladivostok, 690041

Bulat R. Soktoev

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: bulatsoktoev@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-4102-4282

Cand. Sc., Associate Professor

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Sergey S. Ilenok

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: ilenokss@tpu.ru
ORCID iD: 0000-0002-0216-4485

Cand. Sc., Senior Lecturer

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Raisa A. Makarevich

Pacific Geographical Institute FEB RAS

Email: mak@tigdvo.ru
ORCID iD: 0000-0002-6787-6870

Researcher

Russian Federation, 7, Radio street, Vladivostok, 690041

Vlada V. Kurovskaya

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: kurovskaya@tpu.ru

Engineer

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Mariya A. Rulik

National Research Tomsk Polytechnic University

Email: mar15@tpu.ru

Master's Student

Russian Federation, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

References

Supplementary files