Причины и последствия массового развития сине-зеленых водорослей. Действие токсинов на рыб, гидробионтов, животных и человека. Развитие синезеленых водорослей в Куршском заливе. Гаффская болезнь (алиментарно-токсическая пароксизмальная миоглобинурия).
Однако среди массово разрастающихся в водохранилищах и эвтрофных озерах синезеленых водорослей доминируют пять - шесть видов, в большинстве случаев проявляющих токсические свойства (самыми распространенными являются Microcystis aeruginosa и Aphanizomenon flos-aquae). Резкое увеличение содержания биогенных элементов в сочетании с замедленным водообменом и хорошей прогреваемостью толщи воды в озерах и водохранилищах приводит к бурному развитию синезеленых водорослей, называемому иначе - «цветение» воды. Причиной массового развития синезеленых водорослей являются биогены (РО4, NO3, NOJ, NH4) антропогенного происхождения, поступающие как из точечных, так и неточечных источников, их появление ведет к быстрому и серьезному ухудшению качества воды за счет катастрофической вспышки численности водорослей, формирующих биотический фон водоема. Последнее обстоятельство особенно существенно, ибо сине-зеленые водоросли, так же, как жгутиковые, перидиниевые и др., в процессе жизнедеятельности выделяют биологически активные экзогенные метаболиты, в том числе и токсины, которые оказывают угнетающее действие на рыб, беспозвоночных , а также на другие виды водорослей. В процессе жизнедеятельности сине-зеленые водоросли выделяют антиокислители, обеспечивая тем самым для себя оптимальные условия, а гибель этих водорослей ведет к накоплению в воде токсических продуктов.Таким образом, сине-зеленые водоросли и их токсины оказывают существенное влияние на гидробионтов, как прямое, так и косвенное, влияя на условия их обитания и подрывая кормовую базу.
Введение
Сине-зеленые водоросли широко распространены в природе. Они встречаются в планктоне стоячих и медленно текучих вод, в прибрежном бентосе, как эпифиты и обрастания на различных твердых субстратах, в воде, в горячих источниках, на поверхности снега, в толще почвы (эдафон), в симбиозе с другими организмами.
Особенно много синезеленых водорослей в водохранилищах, так как зарегулирование стока превращает реки в озера с полупроточной водой.
Среди огромного количества видов (около 1400) синезеленых водорослей лишь немногие из них обладают токсичными свойствами. Представители 10 родов вырабатывают токсины: Anabaena, Microcystis, Aphanizomenon, Nodularia, Gleotrichia, Coelosphaerium, Glenodinium, Gymno- dinium, Prymnesium, Rivularid. Однако среди массово разрастающихся в водохранилищах и эвтрофных озерах синезеленых водорослей доминируют пять - шесть видов, в большинстве случаев проявляющих токсические свойства (самыми распространенными являются Microcystis aeruginosa и Aphanizomenon flos-aquae).
Резкое увеличение содержания биогенных элементов в сочетании с замедленным водообменом и хорошей прогреваемостью толщи воды в озерах и водохранилищах приводит к бурному развитию синезеленых водорослей, называемому иначе - «цветение» воды. Это цветение, занимающее подчас 80-90% акватории водохранилищ, более уместно назвать биологической "чумой", пагубное действие которой распространяется на все звенья пресноводных экосистем. Токсины синезленых водорослей воздействуют на разные группы гидробионтов: простейших, беспозвоночных и рыб, а также на животных, и в меньшей степени на человека, при употреблении загрязненной токсинами воды или отравленной рыбы (Гаффская болезнь).
1. Причины массового развития синезеленых водорослей
Причиной массового развития синезеленых водорослей являются биогены (РО4, NO3, NOJ, NH4) антропогенного происхождения, поступающие как из точечных, так и неточечных источников, их появление ведет к быстрому и серьезному ухудшению качества воды за счет катастрофической вспышки численности водорослей, формирующих биотический фон водоема. Последнее обстоятельство особенно существенно, ибо сине-зеленые водоросли, так же, как жгутиковые, перидиниевые и др., в процессе жизнедеятельности выделяют биологически активные экзогенные метаболиты, в том числе и токсины, которые оказывают угнетающее действие на рыб, беспозвоночных , а также на другие виды водорослей.
Интенсивность продуцирования и выделения экзогенных метаболитов определяется многими факторами, в том числе видовой принадлежностью, временем года, температурой, величиной РН, плотностью популяций, особенностями физиологического состояния водорослей. Повышение токсичности водорослей и их метаболитов отмечено в период роста, деления и формирования спор. Отмечено, что выход токсина Microcystis aeruginosa: на 100 г сухих клеток составляет 110 - 125 мкг токсина. Оптимальная температура для роста и развития M. aeruginosa составляет 320, тогда как оптимум температуры для накопления токсина составляет 250, а при 320токсина мало или нет вообще (так как он быстро разлагается). При оптимальной температуре выход токсина не зависти от освещенности: он одинаково высокий как при низкой освещенности, так и при высокой.
Специальными исследованиями установлено, что экзогенные метаболиты водорослей - это высокоактивные биологические соединения, представленные различными по природе веществами, в том числе органическими кислотами (винная, лимонная, щавелевая, яблочная, янтарная), аминокислотами и пептидами, летучими кислотами, альдегидами, кетонами, производными терпенов и др.. В процессе жизнедеятельности сине-зеленые водоросли выделяют антиокислители, обеспечивая тем самым для себя оптимальные условия, а гибель этих водорослей ведет к накоплению в воде токсических продуктов. Влияние это на гидробионтов, на различных фазах развития синезеленых водорослей (донная, планктонная и нейстонная) - сложное и разнонаправленное, т. е. в одни периоды жизнедеятельности оно стимулирующее, а в другие - угнетающее.
Так, например, в начале планктонной фазы развития сине-зеленые водоросли оказывают положительное действие на некоторых представителей зоопланктона. Однако в период массового развития синезеленых водорослей (нейстонная фаза) наступают ухудшение условий питания зоопланктона, снижение интенсивности их размножения и исчезновение зоопланктеров из "пятен цветения".
2. Последствия массового развития синезеленых водорослей
Массовое развитие синезеленых водорослей приводит к резкому ухудшению газового и гидрохимического режимов водоема: · снижается содержание кислорода;
· увеличивается количество углекислоты;
· накапливается органическое вещество на различных стадиях деструкции;
· изменяются концентрация водородных ионов, содержание аммиака, сероводорода.
Все эти многоплановые изменения, возникающие в водоемах, подвергающихся антропогенному эвтрофированию, оказывают неблагоприятное воздействие на условия обитания рыб и их кормовых организмов, ведут к снижению резистентности рыб.
3. Действие токсинов водорослей на рыб, других гидробионтов, животных и человека
Сообщения о случаях отравления сельскохозяйственных животных массовыми скоплениями синезеленых водорослей появились в печати сравнительно недавно - с 1878 года. Во всех случаях при высокой температуре в озерах наблюдалось массовое развитие синезеленых водорослей. При водопое наблюдалась быстрая гибель скота, а также водоплавающей птицы. Животные гибли от внезапного острого общего паралича, или при конвульсиях, подобных вызываемым стрихнином. При малых дозах наблюдались снижение молочности, общая слабость, солнечные ожоги на коже (фотосенсибилизация) [1].
Токсины синезеленых водорослей являются ядами нервно-паралитического , протоплазматического и гемолитического действия. Вызывают нарушения функции нервной системы, проявляющиеся угнетением или возбуждением рыб, судорогами и параличами, расстройством координации плавания, потерей равновесия нарушают клеточный метаболизм, вызывая дистрофию, нарушение равновесия между деятельностью кроветворной и кроверазрушающей систем, распад эритроцитов и некробиоз клеток паренхиматозных органов [4].
В первую очередь, токсины синезеленых водорослей, при их массовом развитии, пагубно влияют на таких рыб как карпы, окуни и сомики. Некоторые виды рыб способны аккумулировать токсины синезеленых водорослей.
Исследователи из Университета штата Теннесси предположили, что «цветение» воды производит вещество, которое, как эстроген-соединение, выступает в качестве нарушающей эндокринной функции. Рыбы могут изменить поведение. Повышение экологического уровня эстрогенов может повлиять на способность самцов к территориальной обороне и даже потенциально полностью изменить их привычки. Пока не было доказано, что данный фактор влияет на воспроизводство, но исследования все еще ведутся в этом направлении [3].
Действие синезеленых водорослей на животных при отравлении имеет сходный характер, несмотря на разных возбудителей и таксономическое различие животных. Так, при действии водорослей Microcystis, Aphanizomenon, Anabaena, Rivularia и др., на желудочно-кишечный тракт крупного рогатого скота, лошадей, собак и птиц клиническими проявлениями были слабость, тошнота, рвота, вследствие сильного воспалительного процесса, кровоизлияний и омертвения слизистой. Действие этих же водорослей на нервно-мышечные ткани тех же животных проявлялось виде частного или общего паралича, летаргии, пониженной температуры, бессознательного состояния и смерти, что являлось следствием закупорки мозговых и спинномозговых кровеносных сосудов и оболочек мозга. О действии на сердце известны данные только по трем видам: Microcystis, Anabaena и Nodularia. Симптомы отравления проявлялись в слабом и редком или наоборот усиленном пульсе, перикардиальных или эндокардиальных кровоизлияниях.
Предполагается, что человек менее чувствителен к действию токсичных синезеленых водорослей, кроме того, для отравления с летальным исходом человеку весом 70 кг необходимо выпить 2,5 литров воды, насыщенной водорослями. Действие водорослей на человека может быть и косвенным - через рыбу, животных и растения. При интоксикации водорослями выделяют желудочно-кишечное, дыхательное, кожное воздействие, которое выражается в виде конъюнктивитов и аллергии. Установлено, что сине-зеленые водоросли выделяют с окружающую среду фенолы, которые также вызывают поражения кожи.
Токсины синезленых водорослей также воздействуют на другие группы гидробионтов.
Что касается действия на беспозвоночных, то Microcystis очень токсичен для дафний, циклопов и коловраток. Более слабое действие оказывает Aphanizomenon flos-aquae . Известно, что пищевая ценность планктонных синезеленых водорослей невелика, и многие планктонные животные избегают заглатывать эти формы. Кроме того, при вспышках развития синезеленых водорослей некоторые представители зоопланктона уходят в другие слои воды. Но некоторые виды устойчивы к выделениям синезеленых водорослей (ракообразные Eurycercus lamellatus, Lathonura rectirostris) [1].
4. Развитие синезеленых водорослей в Куршском заливе
Летом 2010 года в Куршском заливе наблюдалась гибель рыб изза массового развития синезеленых водорослей, вызванного жарой и относительно безветренной погодой. Помимо «цветения» цианобактерий, в воде гнил прошлогодний тростник. В водоем поступали накапливаются продукты распада клеток - токсины и пигменты, происходила токсификация всей водной экосистемы. Вода приобрела сине-зеленый цвет, в ней уменьшилось содержание кислорода, началась гибель рыбы. Также, водоросли стали токсичны для животных и людей.
На берегу залива можно встретить скопления погибшей рыбы и моллюсков. Возник неприятный гниющий запах. синий зеленый водоросль рыба
5. Гаффская болезнь
Другие названия - Юксовская, Сартланская болезнь. Официальное медицинское название: алиментарно-токсическая пароксизмальная миоглобинурия (АТПМ).
Заболевание возникает после употребления в пищу рыбы - пеляди, плотвы, леща, сазана, карася, окуня и других. Что именно делает обычную рыбу источником болезни, до сих пор остается неизвестным.
У заболевшего человека в течение трех суток после употребления в пищу токсичной рыбы наблюдаются типичные признаки пищевого отравления, затем начинаются боли в мышцах, судороги, а в дальнейшем отказывают почки и печень. В 1-2% случаев заболевание заканчивается смертью.
Наиболее ядовитыми тканями у больных рыб являются жир и внутренние органы. Выделенная из них токсичная фракция обладает высокой термоустойчивостью: никакая кулинарная обработка, автоклавирование при 120-150ОС в течение часа, хранение при минусовых температурах более 6 месяцев не обезвреживают токсин. Разрушается он только после обезжиривания.
Гаффской болезни подвержены также домашние животные - в основном жвачные, а также кошки. Последние восприимчивы к заболеванию в наибольшей степени, и чаще всего оно заканчивается для них смертельно.
Впервые вспышка этого заболевания была зафиксирована в 1924-1925 гг. в Кенигсберге (Калининград) среди рыбаков Фришес-Гаффского залива Балтийского моря. В том же районе она повторялась трижды: в 1927-1928, 1932-1933 и 1939-1940 годах. Из 1100 заболевших 18 умерли.
На территории бывшего СССР заболевание впервые было зарегистрировано в 1934 году в Ленинградской области среди жителей деревень, расположенных на берегу Юксовского озера. Заболело 400 человек, 8 из которых погибли.
Крупные вспышки болезни наблюдались в 1947 г. в Карельской АССР в селах Ушкозеро и Пески, в 1946-1948 гг. и затем повторно в 1998 г. - в Новосибирской области на оз. Сартлан, в 1960 г. - в Золочевском районе Хабаровской области, в 1970 г. - на озере Иткуль Курганской области, в 1975-1976 гг. - на озере Островное Алтайского края, в 1984-1986 гг. в Новосибирской области на оз. Убинское.
В 2000-2001 годах болезнь была зарегистрирована в Тюменской области в деревнях на берегах озер Тарманской системы (д. Нариманово, пос. Новотарманский и Салаирка). Диспансеризовали 32 человека. Благодаря своевременной диагностике смертельных случаев не было.
Самая недавняя вспышка была зафиксирована в Бурятии, на озеро Котокель, расположенном на восточном побережье среднего Байкала между устьями рек Турка и Кика. За период с июля по август 2008 г. там было зарегистрировано 16 случаев заболевания в селах Исток, Котокель, Турунтаево и Черемушки Прибайкальского района и в селе Сотниково Иволгинского района. Один из заболевших скончался. После введения запрета на промысловый и любительский лов рыбы в озере случаи заболевания прекратились. Но в январе 2009 года в реанимацию в тяжелом состоянии был доставлен мужчина с признаками гаффской болезни. Было установлено, что он употреблял в пищу соленого леща, пойманного в реке Турка, которая через реку Коточик сообщается с озером Котокель. Благодаря экстренным медицинским мерам больного удалось спасти [2].
Вывод
Таким образом, сине-зеленые водоросли и их токсины оказывают существенное влияние на гидробионтов, как прямое, так и косвенное, влияя на условия их обитания и подрывая кормовую базу. Кроме того, они могут наносить вред здоровью животных и человека.
Поэтому изучение явления токсичности водорослей имеет важное значение в науке и практике.
