Эффекты хронического и острого радиационного воздействия у пресноводного моллюска Lymnaea stagnalis L

Д.И. Гудков¹, Е.В. Дзюбенко¹, Т.В. Пинкина², Н.Л. Шевцова¹, Л.С. Чепига³, А.Б. Назаров⁴

В результате аварии на Чернобыльской АЭС водные объекты, оказавшиеся на пути формирования радиоактивного выброса, подверглись интенсивному радионуклидному загрязнению. При этом экосистемы замкнутых водоемов Чернобыльской зоны отчуждения (ЧЗО), несмотря на 26-летний период минувший после аварии, продолжают характеризоваться высокими уровнями содержания радиоактивных веществ во всех компонентах. Основным дозообразующим радионуклидом для моллюсков ЧЗО в настоящее время является ⁹⁰Sr – химический аналог кальция, накапливающийся в раковинах и в значительных количествах присутствующий в донных отложениях водоемов. Концентрирование радиоактивных веществ водной биотой может обуславливать критические дозовые нагрузки на организмы, обладающие высокими коэффициентами накопления радионуклидов и/или обитающие в экологических зонах с повышенными уровнями внешнего облучения. Особый интерес для современной радиобиологии представляет сравнительный анализ эффективности острого и хронического радиационного воздействия.

Измерение удельной активности ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ²³⁸Pu, ^239+240Pu, ²⁴¹Am в пробах моллюсков и мощности внешней дозы -излучения выполняли при помощи методик изложенных в работах [1–3], оценку мощности поглощенной дозы от инкорпорированных в тканях и содержащихся в воде радионуклидов проводили по методике [4]. Острое облучение синкапсул и взрослых особей моллюсков выполняли на установке ИЛУ-6 в диапазоне доз 3–300 Гр. Мощность поглощенной дозы составляла 0,69 Гр/сек.

Для цитогенетических исследований использовали эмбрионы прудовика обыкновенного преимущественно на стадии трахофоры и велигера. Фиксацию материала осуществляли на месте отбора проб смесью этилового спирта и ледяной уксусной кислоты (3:1). Окраску цитологических препаратов выполняли 1 % ацетоорсеином. Анализ частоты аберраций хромосом в препаратах проводили в клетках на стадиях анафазы и телофазы митоза [5]. Гематологические исследование выполняли с использованием мантийной жидкости взрослых особей моллюсков, фиксированной раствором Карнуа. Препараты окрашивали азур-эозином по Романовскому-Гимза [6]. Анализ соотношения различных групп гемоцитов и их классификацию выполняли по методике [7].

Результаты исследований. Мощность поглощенной дозы для взрослых моллюсков за счет внешних и внутренних источников облучения за период исследований регистрировали в следующих диапазонах: оз. Глубокое – 350–420; оз. Азбучин – 55–78; оз. Далекое­1 – 35–58; Яновский затон – 6–12; р. Припять – 0,5–0,7; р. Уж – 0,3–0,5; контрольные водоемы – 0,03–0,04 мкГр/ч.

В
ыполненные цитогенетические исследования свидетельствуют о повышенном уровне аберраций хромосом у прудовиков из замкнутых водоемов ЧЗО по сравнению с моллюсками контрольных озер. За период исследований наибольшие значения зарегистрированы для беспозвоночных оз. Глубокое, в клетках которых частота аберраций в 2001 г. достигала 27 %, что более чем в 10 раз превышает уровень спонтанного мутагенеза для водных организмов. Средние значения для моллюсков из наиболее загрязненных озер Зоны отчуждения составляли около 23, 21, 20 и 18 %, соответственно для озер Азбучин, Далекое­1, Глубокое и Яновского затона. Эмбрионы моллюсков в реках Уж и Припять характеризовались сравнительно невысоким средним уровнем аберрантных клеток, который составлял соответственно 2,5 и 3,5 %. Для моллюсков контрольных озер этот показатель равнялся в среднем около 1,5 %, с максимальными значениями до 2,3 % (рис. 1).

Рис. 1. Частота аберрантных анафаз у эмбрионов моллюсков в водоемах ЧЗО и озерах г. Киева в период 1998–2010 гг.
На протяжении 1998–2010 гг. отмечена тенденция снижения частоты хромосомных аберраций в эмбрионах прудовиков, отобранных в замкнутых водоемах ЧЗО. Выполненный регрессионный анализ имеющихся данных позволил получить прогнозные оценки снижения частоты хромосомных аберраций у моллюсков исследуемых водоемов до спонтанного уровня (2,0–2,5%) [8], присущего водным организмам в условиях естественного радиационного фона. По нашим данным в озерах, расположенных на территории левобережной поймы р. Припяти (оз. Глубокое и оз. Далекое-1), наиболее загрязненной радионуклидами, спонтанный уровень частоты хромосомных аберраций может быть достигнут в 60-х–70-х годах, а в Яновском затоне и оз. Азбучин – в 20-х–30­х годах текущего столетия.

Наиболее высокую достоверность имеет экспоненциальная экстраполяция данных, полученных за 13-летний период для моллюсков оз. Азбучин (R² = 0,758). Результаты вычислений для других замкнутых водоемов имеют невысокую достоверность аппроксимации (R² = 0,196, 0,384 и 0,488, соответственно для озер Глубокое, Далекое-1 и Яновского затона) однако заслуживают внимания, поскольку прогноз частоты хромосомных аберраций для Яновского затона подобен с таковым для оз. Азбучин. А поскольку эти водоемы имеют сходные тенденции процессов самоочищения, это может влиять на динамику частоты хромосомных аберраций у моллюсков. В озерах Глубокое и Далекое-1 более медленные темпы снижения частоты хромосомных аберраций могут быть обусловлены особенностями динамики удельной активности радионуклидов в компонентах экосистем, свидетельствующие о стагнации автореабилитационных процессов на одамбированной территории левобережной поймы р. Припяти.

Отмечена положительная корреляция между частотой аберрантных анафаз и мощностью поглощенной дозы у эмбрионов прудовика обыкновенного в водоемах ЧЗО. Дозовая зависимость количества аберрантных клеток в эмбриональных тканях моллюсков наиболее соответствует степенной функции (рис. 2).







Рис. 2. Зависимость частоты аберрантных анафаз в эмбриональных тканях прудовика обыкновенного от мощности поглощенной дозы в водоемах ЧЗО.


Рис. 3. Зависимость частоты аберрантных анафаз в эмбриональных тканях прудовика обыкновенного от поглощенной дозы при остром облучении.

Острое экспериментальное облучение эмбрионов прудовика обыкновенного на стадии трахофоры в диапазоне поглощенной дозы 3–300 Гр вызывает степенной рост количества хромосомных аберраций от 11,2 до 63,4% (рис. 3). Частота аберрантных анафаз у эмбрионов моллюсков в контроле составила 1,2% и не превышала спонтанный уровень хромосомного мутагенеза. Полулетальной для эмбрионов прудовиков на стадии трахофоры была доза облучения 30 Гр, а поглощенная доза 60 Гр вызывала полную гибель эмбрионов в течение 20 сут. после облучения. Полулетальная доза облучения для взрослых особей моллюсков составила 120 Гр.

В клетках эмбрионов из наиболее загрязненных водоемов ЧЗО среди основных типов хромосомных аберраций наблюдали преобладание мостов над фрагментами, а также образование значительного количества множественных аберраций, что считается специфическим проявлением биологического воздействия ионизирующего излучения (рис. 4). В этом отношении показательны эмбрионы моллюсков из рек Уж и Припять, отобранные в пределах ЧЗО, которые несмотря на практически фоновые уровни радионуклидного загрязнения, также характеризуются незначительным количеством клеток с множественными аберрациями. У моллюсков из всех контрольных водоемов наличие клеток с множественными аберрациями не регистрировали.

Рис. 4. Соотношение основных типов хромосомных аберраций в клетках эмбрионов прудовика обыкновенного в водоемах с различным уровнем радионуклидного загрязнения в период 1998–2010 гг.

Р
ис. 5. Соотношение основных типов хромосомных аберраций в клетках эмбрионов прудовика обыкновенного при действии острого экспериментального облучения.

С
равнительный анализ состава форменных элементов гемолимфы прудовика обыкновенного показал, что у моллюсков из замкнутых водоемов ЧЗО доля мертвых агранулоцитов достигает 43,8 %, а количество фагоцитов – 45,0 %. Аналогичные показатели у моллюсков из контрольных водоемов были значительно ниже и составили соответственно в среднем около 5,3 и 4,2 %. Количество молодых амебоцитов у моллюсков ЧЗО было, наоборот, невысоким – до 20 %, в то время как у моллюсков контрольных водоемов достигало 89,6 % (рис. 6). В целом, анализ форменных элементов мантийной жидкости исследованных прудовиков, свидетельствует о существенном изменении состава гемолимфы моллюсков из наиболее загрязненных озер ЧЗО.

Таблица. Морфологические показатели и тератогенные нарушения кладок прудовика обыкновенного в водоемах ЧЗО в 2009–2010 гг.

В замкнутых водоемах ЧЗО отмечен повышенный процент аномальных раковин прудовиков с различными формами искривления последнего завитка, чаще всего в виде ступенчатой (до 0,5 см) деформации, возникающей, как правило, на втором году жизни моллюсков. В Яновском затоне доля аномальных раковин была максимальной и составила 58,3 %, в оз. Глубокое – 48,9 %, в Красненской старице (на территории одамбированного участка) – 25,0 %, в оз. Далекое-1 – 10 %, в оз. Азбучин – 2,8 %, в р. Припять (г. Чернобыль) – 1,1 %. В 5-ти контрольных водных объектах аналогичные аномалии или отсутствовали, или не превышали 0,7 %. В настоящее время нами не зарегистрировано достоверной зависимости между количеством деформированных раковин в водоеме и мощностью поглощенной дозы облучения. Мы можем лишь констатировать высокий уровень аномалий раковин в наиболее загрязненных радионуклидами водоемах ЧЗО. Одним из возможных объяснений наблюдаемого явления могут быть повышенные дозы внешнего облучения, которые моллюски получают в период зимовки в донных отложениях водоемов.

1. 
   Радиобиологические исследования прудовика обыкновенного в водоемах ЧЗО свидетельствуют о негативном воздействии хронического низкодозового облучения на организм моллюсков, проявляющемся на цитогенетическом и соматическом уровне, а также отражающемся на репродуктивной функции.
   
2. 
   Мощность поглощенной дозы облучения для брюхоногих моллюскив, обитающих в приповерхностном слое водной толщи литорали и сублиторали водоемов ЧЗО, на протяжении 2000–2011 гг. регистрировали в диапазоне 0,3–390,0 мкГр/час. Максимальные уровни отмечены для озер одамбированного участка левобережной поймы р. Припяти – Глубокое и Далекое-1, минимальные – для проточных водных объектов – рек Уж и Припять. Основным дозообразующим радионуклидом для моллюсков ЧЗО является ⁹⁰Sr, на долю которого приходится до 95–98 % внутренней мощности поглощенной дозы;
   
3. 
   Данные цитогенетических и гематологических исследований продемонстрировали высокий уровень аберраций хромосом в клетках эмбрионов, а также существенное изменение состава гемолимфы взрослых особей моллюсков в наиболее загрязненных радионуклидами водных объектах ЧЗО. Частота аберраций хромосом в тканях моллюсков, обитающих в замкнутых водоемах, многократно превышает уровень спонтанного мутагенеза для водных организмов и может быть проявлением радиационно-индуцируемой генетической нестабильности.
   
4. 
   Острое экспериментальное облучение эмбрионов прудовика обыкновенного на стадии трахофоры в диапазоне поглощенной дозы 3–300 Гр вызывает степенной рост количества хромосомных аберраций от 11 до 63%. Полулетальной для эмбрионов прудовиков на стадии трахофоры была доза облучения 30 Гр, а поглощенная доза 60 Гр вызывала полную гибель эмбрионов в течение 20 сут. Полулетальная доза облучения для взрослых особей моллюсков составила 120 Гр.
   
5. 
   Эффективность влияния малых хронических доз ионизирующего излучения на эмбрионы прудовика обыкновенного в водоемах ЧЗО по критерию частоты выхода аберрантных клеток более чем на порядок величин превышает влияние кратковременного острого экспериментального облучения.
   
6. 
   Прудовик обыкновенный может быть использован в качестве одного из референтных видов гидробионтов при разработке положений охраны окружающей среды от ионизирующего излучения с использованием основанного на биоте стандарта.
   

1. 
   Гудков Д.И., Деревец В.В., Кузьменко М.И., Назаров А.Б. Функционально-экологические и возрастные закономерности концентрирования радионуклидов пресноводными моллюсками зоны отчуждения Чернобыльской АЭС // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2001. – Т. 41, № 3. – С. 326–330.
   
2. 
   Гудков Д.И., Назаров А.Б., Дзюбенко Е.В. и др. Радиоэкологические исследования пресноводных моллюсков в Чернобыльской зоне отчуждения // Радиационная биология. Радиоэкология. – 2009. – Т. 49, № 6 – С. 703–713.
   
3. 
   Гудков Д.И., Дзюбенко Е.В., Назаров А.Б., Каглян А.Е., Кленус В.Г. Пресноводные моллюски в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС: динамика содержания радионуклидов, дозовые нагрузки, цитогенетические и гематологические исследования // Гидробиологический журнал. – 2010. – Т. 46, № 3. – С. 86–104.
   
4. 
   Handbook for assessment of the exposure of biota to ionising radiation from radionuclides in the environment / Eds. J. Brown, P. Strand, A. Hosseini, P. Børretzen. – Project within the EC 5th Framework Programme, Contract № FIGE-CT-2000-00102. Stockholm: Framework for Assessment of Environmental Impact, 2003. 395 p.
   
5. 
   Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Колос, 1974. – 288 с.
   
6. 
   Majone F., Brunetti R., Gola I., Levis A.G. Persistence of micronuclei in the marine mussel, Mytilus galloprovincialis, after treatment with mitomycin // Mutat. Res., 1987. – Vol. 191, № 3–4. – Р. 157–161.
   
7. 
   Дзюбо С.М., Романова Л.Г. Морфология амебоцитов гемолимфы приморского гребешка // Цитология. – 1992. – Т. 34, № 10 – С. 52–58.
   
8. 
   Tsytsugina V.G. An indicator of radiation effects in natural populations of aquatic organisms // Radiat. Protect. Dosim. – 1998. – 75 (1–4). – P. 171–173.