Эколого-физиологические параметры популяций комнатных мух как индикатор различных уровней техногенного загрязнения

Антропогенное воздействие на окружающую среду носит многогранный характер, В ухудшении состояния окружающей среды химическое воздействие на нее занимает первое место. Проблема защиты природной среды от антропогенных воздействий перешагнула за рамки национальных интересов отдельных государств и превратилась в одну из важнейших глобальных проблем, затрагивающих интересы всего человечества. Вместе с тем стало очевидным, что без объективной информации о состоянии окружающей среды и тенденциях ее изменения практическая реализация мер защиты невозможна, Поэтому ряд международных организаций выступили о инициативой создания Глобальной системы мониторинга окружающей среды, Главной задачей мониторинга является получение объективной информации об изменениях биологических, геохимических и геофизических параметров природной среды в глобальном, региональном и локальном масштабах как единственной основы для принятия решений по ее защите от негативных, главным образом антропогенных воздействий (Ковда, Керженцев, 1983), В связи с указанным, особое значение приобретает локальный мониторинг, на основании которого получают необходимые данные о состоянии региона.

Биоиндикаторами качества окружающей среды могут являться различные живые организмы. Известно, что насекомые являются наиболее многочисленной группой животных: более 1 млн, видов насекомых обитает на земном шаре. Это схематично представлено на рис. 1, на котором в сравнительном плане показана чрезвычайно высокая доля насекомых среди всех живых существ, В связи о этим, насекомые могут являться объектом, быстро реагирующим на изменение окружающей среды и использоваться как интегральный показатель ее качества,.

В настоящее время воздействие человека на природу стало определиющим фактором изменения ареала насекомых. Чрезвычайно высокая численность человечества (более 5,6 млрд.) и продолжающийся неуклонный рост ее ведет к все более усиливающемуся разрушительному воздействию на природу, Основными антропогенными факторами, разрушающими среду обитания являютсясельское хозяйство, рост городов, добыча полезных ископаемых, промышленность и загрязнение. Эти факторы разрушают и ареалы насекомых.

Вместе о тем А. В. Козыревым (1995) в результате наблюдения за жужелицами в антропогенных ландшафтах г. Екатеринбурга выделена группа видов карабид, у которых резко повышается численность в результате деятельности человека. К. Б, Городков (1997) также указывает, что для местных оинантропных насекомых ареалы сохраняются, и происходит адаптация этих насекомых к антропогенной среде,.

Наблюдение за поведением насекомых, состоянием популяций и отдельных особей являются основой биологического мониторинга качества окружающей среды, В связи с разнообразным и многофакторным загрязнением окружающей среды химическими поллютантами и ограниченными возможностями существующих систем контроля, объективная оценка ее качества крайне затруднительна, Поэтому использование биотической компоненты в качестве отклика на загрязнение позволяет получить более полную информацию о состоянии окружающей среды.

Актуальность темы

Антропогенное воздействие на окружающую среду носит многогранный характер, В ухудшении состояния окружающей среды химическое воздействие на нее занимает первое место. Проблема защиты природной среды от антропогенных воздействий перешагнула за рамки национальных интересов отдельных государств и превратилась в одну из важнейших глобальных проблем, затрагивающих интересы всего человечества, Вместе с тем стало очевидным, что без объективной информации о состоянии окружающей среды и тенденциях ее изменения практическая реализация мер защиты невозможна. Поэтому ряд международных организаций выступили о инициативой создания Глобальной системы мониторинга окружающей среды (Ковда, Керженцев, 1У83.). В ивязм и указанным, особое значение приобретает локальный мониторинг, на основании которого получают необходимые данные о состоянии региона.

Биоиндикаторами качества окружающей среды могут являться различные живые организмы, Известно, что насекомые являются наиболее многочисленной группой животныхболее 1 млн. видов насекомых обитает на земном шаре, В связи с этим, насекомые могут являться объектом, быстро реагирующим на изменение окружающей среды и использоваться как интегральный показатель ее качества.

Комнатные мухи Мизоа аошез!1оа, являясь окнантропными насекомыми биологически связаны с человеком и систематически подвергаются воздействию инсектицидов для ограничения их численности, В урбанизированных ценозах с развитой промышленностью комнатные мухи находятся еще и под прессом промышленных поллютантов, При этом в популяциях этих насекомых происходят качественные и количественные изменения, которые могут служить признаком загрязнения окружающей среды, Широкое распространение и короткий цикл размножения позволяют использовать комнатных мух в качестве биоиндикатора различных уровней техногенного загрязнения.

Цель работы, Основной целью нашей научно-исследовательской работы стало изучение изменений на оргзлизменном и популяционном уровнях у природных популяций комнатных мух под воздействием инсектицидного пресса и промышленного загрязнения.

Задачи исследований.- В задачи исследований входило;

Определить уровни чувствительности популяций комнатных мух из различных районов России и других стран о разным уровнем техногенного загрязнения к наиболее широко применяемым инсектицидам,.

2, Изучить биологические параметры (жизнеспособность различных стадий развития, плодовитость, продолжительность жизни и др.) природных популяций комнатных мух по сравнению с аналогичными показателями стандартной чувствительной,.

3, Изучить активность ферментных систем, ответственных за деток-оикацию ксенобиотиков (моноокоигеназы, эстерааы, фоофатазы), природных популяций комнатных мух.

4, Выбрать биологические и биохимические показатели состояния комнатных мух, которые можно было бы использовать как интегральный тест качества окружающей среды.

Научная новизна. Впервые определен уровень чувствительности к фосфорорганичеоким инсектицидам, пиретроидам и к новому классу инсектицидов биологического происхождения — авермектинам популяций комнатных мух из Египта, а также их биологические параметры, Впервые была определен уровень чувствительности популяций комнатных мух из Северо-запада России (Псковская область) и их биологические параметры. Впервые была выявлена высокая резистентность к пиретроидам популяций комнатных мух из г, Москвы, Впервые было проведено исследование активности кислой фоофатазы у популяций комнатных мух из районов с различным уровнем техногенного и инсектицидного загрязнения и сделан вывод о том, что этот показатель может служить тестом реакции насекомых на загрязнение тяжелыми металлами.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на заседаниях кафедры «Экологии и безопасности жизнедеятельности'5 МОХА, на Всероссийском симпозиуме «Место и роль двукрылых насекомых в зкосиотемахи (Санкт-Петербург. 1997), на XI оъевде РЭО пПроблемы энтомологии в России (Санкт-Петербург, 1997), на XI Международном конгрессе по химии пестицидов (Лондон, 1998), на совещании «Поиск и использование биологически активных веществ в защите растений: состояние и перспективы» (Санкт-Петербург, 1998),.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, обсуждения результатов, выводов, практических предложений, описка литературы, Работа включает 17 таблиц и 11 рисунков. Диссертация изложена на 118 листах машинописного текста, Список цитируемой литературы содержит 160 наименования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основываясь на том положении, что насекомые являются наиболее многочисленной группой животных, а комнатная муха распространена повсеместно, именно это насекомое использовано нами в исследованиях как возможный био-объект, биологические параметры которого могут использоваться как интегральный показатель состояния окружающей среды, В связи о этим, нами изучалось влияние инсектицидного и техногенного загрязнения на этот объект.

Исходя из того, что побережье Красного моря в зоне расположения курортов, в частности г. Хургада, является экологически чистым местом, лишенным техногенного загрязнения, Популяция комнатных мух из этого места нами рассматривались как эталонная, Хотя возможно, что в городе могут проводиться истребительные мероприятия против комнатных мух. Тем более, что в докладе Комитета экспертов Всемирной организации здравоохранения по резистентности за 1993 г, (Vector resistance to pesticide, 1992) сообщалось, что в Египте зафиксированы популяции комнатных мух, резистентные к ДЦТ,.

При исследовании уровня чувствительности к инсектицидам популяции «Шедван» из г, Хургада (Египет) установлено, что она оказалась толерантной к ДЦТ, чувствительной или толерантной к фосфорорганичеоким и пиретроидным инсектицидам. Но по времени наступления нокдаун-эффекта популяция «Шедван» оказалась более чувствительной к неопинамину (тет-раметрину), чем паса Cooper (чувствительная стандартная), Следовательно, устойчивость нервной системы не участвует в механизме толерантности мух популяции «Шедван» к этому инсектициду. Можно предположить, что механизм толерантности связан с другими системами, например, процесса уд — ми, детоксикации, которые осуществляются с помощью неспецифических эо-тераз и монооксигеназ или изменением проницаемости кутикулы, а также возможно усиление способности депонировать инсектицид в тканях, или усилением его выведения из организма (Филлипович, Роолавцева и до, 1988), Популяцию иШедвани по своим показателям можно рассматривать как эталонную природную, поскольку инсектицидный пресс на нее невелик.

Природные популяции мух из Псковской области обладали высокой толерантностью к фоофорорганичеокому инсектициду ДДВФ, чувствительностью к пиретроидам, поскольку их применение началось в начале 80-х годов в ограниченных количествах. Полученные данные свидетельствуют о слабом инсектицидном прессе, который испытывают мухи Псковской области,.

Из литературы известно (Дербенева-Улова, Линева, 1951), что в ОСПр в 50-ые годы ДДТ был основным инсектицидом для борьбы о комнатными мухами, и уже тогда началось формирование популяций, резистентных к нему. Высокий уровень резистентности комнатных мух из различных районов г, Москвы к ДДТ (> ЗОх) свидетельствует о закрепленности оизистент-нооти к этому инсектициду в поколениях, так как этот инсектицид уже не применяется более 10 лет, К фоофорорганичеоким соединениям эти популяции мук оказались или чувствительными, или толерантными, или резистентными (ПР = 1,3−32,0), У некоторых московских популяций впервые выявлена в 1997;98 гг, высокая резистентность к пиретроидам, что свидетельствует о их широком применении в столице.

При изучении биологических показателей установили, что у популяций из районов, загрязненных промышленными выбросами и выбросами автотранспорта снижается жизнеспособность яиц и куколок, увеличивается период копуляции полов и ооемененности самок комнатных мух. Это согласуется с данными Г, И, Голутвина (1981) в отношении других видов насекомых, Так у ржавой кисточницы и непарного шелкопряда под действием выбросов алюминиевого завода и лесообрабатывающего комплекса отмечена повышенная гибель гусениц, снижение плодовитости самок и удлинение срока развития преимагинальных Фаз развития. Близкие результаты были получены Ю, Б, Поляковой (1995) в отношении комнатных мух,.

В наших исследованиях самки комнатных мух из Псковской области имели повышенную плодовитость, которая, по нашему мнению, компенсирует пониженную жизнеспособность яиц и других стадий развития, что очень важно для выживания популяции.

Изменение биологических параметров также найдено нами у московских популяций, Пониженная жизнеспособность яиц найдена у популяций «Тверская», «ТЭЦ-26» и «Рассвет», подверженных воздействию промышленных выбросов и выбросов автотранспортау популяций «Тверская» и «ТЭЦ-28″ - пониженная жизнеспособность куколок. Периоды копуляции полов и динамика оплодотворения самок у популяций, подверженных техногенному загрязнению („Тверская“ ,» ТЭЦ-26″. «Рассвет» и «ЯЛ») более длительны в сравнении о таковыми расы Cooper, Вместе о тем. по воем этим показателям популяция «Шедван» (Египет) и популяция «Крылатское» из относительно чистого района Москвы не отличались от расы Cooper,.

Такие параметры, как жизнеспособность яиц и куколок и периоды копуляции полов и динамика оплодотворения самок могут быть использованы для выявления неблагоприятного воздействия техногенного загрязнения на окружающую среду.

Как указывалось выше, в механизме резистентности к инсектицидам у насекомых участвуют детокоицирующие системы такие, как неспецифические эстеразы и моноокоигеназы (Рославцева С, А, 1983; Eremina, Bakanova, 1998), Нами у популяций комнатных мух из г, Москвы, резистентных к фоо-форорганичеоким и пиретроидным инсектицидам, а следовательно, подверженных инсектицидному прессу, обнаружены измененные уровни общей зотеразной активности, У популяции «Крылатское», резистентной к пиретроидам (а-фенотрину, перметоину, циперметрину, фенвалерату) с помощью ои-нергиота пиперонилбутокоида выявлен вклад монооксигеназ в механизм резистентности.

Таким образом, биохимические показатели (активность неспецифических зотераз и монооксигеназ) могут быть показателями инсектицидного пресса и инсектицидного загрязнения окружающей среды.

Кислая фосфатаза — один из ферментов лизосомного комплекса у беспозвоночных и насекомых, в частности, может активно реагировать на воздействие техногенных поллютантов (Еремина, Бутовский, 1997; Eremina et al., 1998). У исследованных популяций комнатных мух выявлены изменения в сравнении о лабораторной расой Cooper активности кислой фоофа-тазы, что можно рассматривать как показатель реакции насекомых на техногенное загрязнение и особенно загрязнение тяжелыми металлами,.

Исходя из оказанного, можно рекомендовать использовать для оценки качества окружающей среды в населенных пунктах как сельского, так и городского типов и на фермах такие биологические параметры комнатных мух, как жизнеопоообнооть яиц и куколок, плодовитость самок и величины периодов копуляции полов.

Выявление загрязнения окружающей среды рекомендуется проводить биохимическими методами: при загрязнении инсектицидами путем определения активности зотераз, а техногенного загрязнения, в частности, тяжелыми металлами, по изменению активности кислой фоофатазы.

Дополнительным показателем состояния природных популяций может быть определение у насекомых уровня окислительных ферментов (монооксигеназ), который просто определяется токсикологическим методом о помощью известного синергиста инсектицидов пиперонилбутокоида.

1= Проведенный мониторинг уровня чувствительности природных популяций комнатных мух показал, что.

— природная популяция комнатных мух из г, Хургада (Египет) была толерантна к ДЦТ (ПР- 1,6), чувствительна и толеоантна к фоофороргани-ческим и пиретроидным инсектицидам (ПР- 1,7−3,9);

— природные популяции из Псковской области обладали толерантностью к фоофорорганическому инсектициду ДЦВФ (ПР -5,3−5,7) и чувствительностью к пиретроидам (ПР- 0,2−1,6);

— популяции из различных районов г, Москвы резистентны к ДЦТ (ПР >30), чувствительны, толерантны или резистентны к фоофорорганическим инсектицидам (ПР=1,3−22,0) — в 1997;98 гг. впервые была выявлена высокая резистентность к пиретроидам (ПР=17,4−133,0),.

2, У популяции из Египта **Шедвани состояние нокдаун-аффекта под действием тетраметрина и d-аллетрина наступало несколько быстрее, чем у чувствительной расы Cooper, что может свидетельствовать об отсутствии устойчивости нервной системы к пиретроидам.

3, При исследовании биологических параметров природных популяций комнатных мух найдено, что в районах, подверженных техногенным загрязнениям и выбросам автотранспорта, снижается жизнеспособность яиц и куколок, увеличивается периоды копуляции полов и степень оплодотворения самок, а также изменяется уровень кислой фосфатазы.

4, Повышенная плодовитость самок у популяций комнатных мух из Псковской области компенсирует пониженную жизнеспособность яиц и других стадий онтогенеза и способствует выживанию и развитию популяций,.

5, У природных популяций комнатных — мух, подверженных техногенному и инсектицидному прессу, самцы начинают копулировать значительно позже, чем самцы чувствительной популяции, при этом период копуляции более длительный, о чем свидетельствует динамика оплодотворения самок.

6. Популяции комнатных мух из г. Москвы, резистентные к фосфорор-ганическим и пиретроидным инсектицидам, а следовательно, подверженных инсектицидному прессу, характеризуются изменением уровня общей эсте-разной активности,.

7. У популяции «Крылатское» выявлена высокая резистентность к пи~ ретроидам (d-фенотрину, циперметрину, перметрину, фенвалерату) — с помощью широко известного синергиста пиперонилбутоксида установлен вклад монооксигеназ в механизм резистентности.

8. У исследованных природных популяций комнатных мух в сравнении с чувствительной расой Cooper найдены изменения активности кислой фос-фатазы, что может служить показателем реакции насекомых на загрязнение тяжелыми металлами.

9. Комнатная муха Musca domestica L. является удобным объектом в биоиндикации из-за повсеместного распространения и короткого цикла размножения.

10. Биологические и биохимические параметры популяций комнатных мух могут быть использованы как интегральный показатель качества воздушной среды сельской местности, особенно на животноводческих фермах, а также в городах.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ (РЕКОМЕНДАЦИИ).

Рекомендуется использовать для оценки качества окружающей среды в населенных пунктах как сельского, так и городского типов и на фермах такие биологические параметры комнатных мух как жизнеспособность яиц и куколок, плодовитость самок и величины периодов копуляции полов.

Выявление загрязнения окружающей среды рекомендуется проводить биохимическими методами: при загрязнении инсектицидами путем определения активности зотераз, а техногенного загрязнения, в частности, тяжелыми металлами, по изменению активности кислой фосфатазы.

Дополнительным показателем состояния природных популяций может быть определение у насекомых уровня окислительных ферментов (моноокои-геназ), который просто определяется токсикологическим методом о помощью известного оинергиота инсектицидов пиперонилбутокоида.