Рыбы. 
Оценка качества воды водоемов рыбохозяйственного назначения с помощью гидробионтов

Данные об ихтиофауне важны при оценке состояния водного объекта в целом и, особенно, при определении допустимых уровней загрязнения водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение (Китаев, 1977). Состав ихтиофауны — надёжный показатель влияния сточных вод на режим водоёма (Федий, 1964, 1965, 1972).

Случаи массовой гибели рыбы, благодаря тому, что они легко обнаруживаются и неспециалистами, часто оказываются первыми сигнала;

Рис. 16. Пресноводные моллюски — биоиндикаторы чистоты водоёма:

1 — роговая шаровка; 2 — прудовик обыкновенный; 3 — прудовик ушковый; 4 — Физа ключевая; 5 — прудовик яйцевидный; 6 — лужанка настоящая; 7 — лужанка полосатая; 8 — битиния щупальцевая; 9 а, б — горошина; 10 а, б — катушка обыкновенная; 11 а, б — катушка килевая; 12 а, б — перловица вздутая; 13 — перловица живописцев; 14 — беззубка утиная; 15 — катушка завитая; 16 —катушка гладкая ми залповых, аварийных сбросов загрязняющих веществ. Отсутствие рыбы в реках, озёрах и водохранилищах, особенно в тех, где прежде водилась рыба, указывает на крайнее неблагополучие в экосистеме, причиной которому может быть сильное загрязнение. Наличие рыбы в водоёме или водотоке менее показательно, поскольку она ещё не свидетельствует об отсутствии веществ, которые могут быть вредны для рыб и человека, особенно при длительном воздействии. Наличие рыбы не может служить индикатором ни биологической чистоты воды, ни отсутствия у воды привкуса или запаха, ни отсутствия в воде или донных отложениях веществ, вредных для животных и человека, ни пригодности воды для питьевых целей, купания в ней и даже для определённых промышленных целей (Браун, 1977). Кроме того, трудности в регулярном получении репрезентативного ихтиологического материала ограничивают возможности использования ихтиологической информации в гидробиологической службе наблюдений и контроля поверхностных вод (Руководство по гидробиологическому…, 1992).

Самый простой способ исследования токсичности воды с помощью многоклеточных организмов — «рыбная проба». Наиболее чувствительных к вредным веществам рыб: окуней, ершей, форелей, щук, налимов и судаков помещают в сетчатом садке в реку и ведут за ними наблюдение или же ставят опыты в аквариумах, заполненных загрязнённой и чистой водой для контроля. Беспокойное поведение по сравнению с контролем — это уже сигнал. Если рыба начинает терять ориентацию в пространстве, переворачиваться — значит, вода содержит вредные вещества в больших концентрациях.

Промышленные предприятия, сливающие отработанные воды, уже используют аквариумы с рыбами, которые «тестируют» качество воды, сбрасываемой в водоёмы. Однако были созданы оригинальные биотсстирующие системы на основе повышенной чувствительности некоторых пород рыб к определённым видам загрязнения.

Изучение особенностей поведения рыб в токсичных растворах, содержащих различные компоненты промышленных сточных вод, представляет интерес по многим причинам, среди которых в первую очередь следует указать на необходимость всестороннего описания картины действия токсического вещества и внешне обнаруживаемых симптомов отравления. Детальная характеристика симптомов отравления и их полный перечень могут быть использованы в качестве индикаторов для определённых групп ядов, она позволит определить причину гибели рыб в естественных водоёмах.

Симптоматология отравления необходима также для унификации показателей (при оценке токсического действия того или иного вещества), используемых в различных лабораториях. Между тем, даже при изучении токсичности какого-либо одного вещества в разных лабораториях в качестве показателей токсичности используют различные симптомы отравления, без учёта их специфичности для данной интоксикации, времени появления и продолжительности. Все это затрудняет понимание и сопоставление литературных данных, а подчас и полностью обесценивает их.

Известно, что вещества этой группы ядов оказывают на организм более разнообразное влияние, внешние признаки отравлений этими ядами значительно разнообразнее, чем ядами неорганической природы (тяжёлые металлы, кислоты, щелочи и др.). Это обстоятельство затрудняет правильный выбор основных показателей токсического процесса, на основе которых можно судить о степени вредности исследуемого вещества. Рассмотрим общую картину и внешние симптомы фенольного отравления рыб. Реакция рыб на яды фенольного ряда имеет много общего с реакцией рыб на многие другие компоненты промышленных сточных вод органического происхождения.

Общая характеристика фенольного токсического процесса и поведения рыб при отравлении различными концентрациями яда описывались многими авторами (Mason-Joncs, 1930; Southgate, Pentelow, Bassiudal, 1933; Ellis, 1937 и т. д.). И. Масон-Джонсон (Mason-Jones, 1951) отмечает, что при высоких концентрациях яда у окуней и форели наступала быстрая потеря рефлекса равновесия, «взбешенное плавание» и опрокидывание на бок. Дыхание, глубокое и учащенное вначале, по мере развития отравления становится нерегулярным и слабым. В опытах М. Эллиса (1937) на золотых рыбках в качестве характерного признака фенольного отравления был отмечен паралич нейромускулярного аппарата. В последующих работах К. Бурмана и X. Воксра (1950), Д. Джонса (1951), В. Букштейга и др. (1955), Е. Л. Веселова (1957), В. Альберсмейера (1957), М. Ф. Всрнидуб (1962) эти наблюдения в основных чертах были подтверждены. Исследования К. Вурмана и X. Вокера (1950), проведённые на форели, пескарях, окунях, голавле, плотве и усачах, а также Д. Джонса (1951) на голавле, выявили особенности поведения испытуемых рыб в слабых растворах фенолов: меньшую двигательную активность, кратковременную потерю рефлекса равновесия с последующим восстановлением. Важная особенность этих работ значительное расширение видового состава испытуемых рыб.

В. Букштейг и др. (1955) показали, что окунь и гольяны в растворах гидрохинона, пирогаллола и пирокатехина ведут себя, как и при фенольном и крезольном отравлении. У рыб отмечались возбужденные беспорядочные броски и усиление дыхательной деятельности. Затем рыбы заваливались на бок и оставались в таком положении до наступления смерти. Интересна реакция угря на токсическое действие фенолов. Угри обычно остаются на месте при развитии интоксикации, причём удается отметить только вздрагивание без обычно развивающейся у других видов рыб бурной двигательной активности.

В работах Е. А. Веселова (1957) и М. Ф. Вернидуб (1962) помимо описания общего поведения рыб в токсических растворах фенолов представлена развернутая картина фенольной интоксикации. Е. А. Веселова (1957) считает, что симптомы отравления карасей развиваются в определённой последовательности и выделяет семь этапов от начала отравления до смерти рыбы. Характерными признаками отравления рыб фенолами автор считает паралич мышц туловища. Это подтверждает более раннее наблюдение Н. А. Мосевича и др. (1952), согласно которому одним из важнейших признаков фенольной интоксикации служит кровоизлияние в мышцы туловища.

Для детального учёта характерных признаков фенольной интоксикации и их смены во времени и для сравнения результатов отдельных опытов по испытанию токсичности различных фенолов желательно выделить основные, наиболее существенные реакции, характеризующие качественно различные стадии отравления рыбы.

Выявлен однотипный (за редким исключением) характер реакции различных видов рыб на патогенное действие фенолов: фенол, орто-, метаи паракрезолы, пирогаллол: спустя 3−10 минут после погружения в токсический раствор (в зависимости от концентрации яда) отмечается чрезвычайно бурное и беспорядочное движение со стремительными бросками из толщи раствора на поверхность, кратковременным заваливанием на спину, и на бок, с последующим выходом из бокового положения. Через 30−90 минут, наблюдается стойкое нарушение рефлекса равновесия. В боковом положении рыбы находятся до наступления смерти. Характер двигательных реакций бывает двояким: перемещение на поверхности раствора по кругу или неориентированные перемещения в толще раствора. Потеря рефлекса равновесия, опрокидывание на бок и импульсивное перемещение в боковом положении являются самым длительным и наиболее характерным признаком фенольного отравления. Спустя некоторое время двигательная активность в боковом положении постепенно затухает и прекращается. Рыбы становятся неподвижными, движения всех плавников, кроме грудных, парализуются, отмечаются редкие клинические судороги и рыбы погибают. Но даже в этот период полной неподвижности испытуемых рыб реакция на механические раздражители сохраняется, хотя и в значительно ослабленной форме. Из других признаков и реакций, составляющих внешние симптомы фенольного отравления, можно указать характерное дугообразное изгибание туловища рыбы, а также резкую пигментацию (потемнение) спины и головы и одновременное побледнение брюшной и хвостовой части туловища рыбы. Нередко, особенно при длительном воздействии различных концентраций яда, отмечались обширные кровоизлияния в области грудных и брюшных плавников.

В период общего двигательного возбуждения дыхание резко учащается (до 128−144 в минуту против исходного 48−60), а затем постепенно уменьшается и становится ниже исходного. Резко нарушается сама структура дыхательных движений, дыхание становится аритмичным и нерегулярным.

Таким образом, внешнее проявление действия токсического раствора на организм рыб довольно разнообразно, но совокупность реакции, стереотипна при действии различных концентраций яда. В общефизиологическом плане можно выделить стадию возбуждения и угнетения.

Фенольное отравление проявляется в трёх последовательных фазах:

• • резкая двигательная возбудимость с кратковременным заваливанием на бок;
• • потеря рефлекса равновесия, опрокидывание на бок, импульсивное перемещение в боковом положении;
• • боковое положение, сопровождаемое конвульсивными судорогами, завершающееся полной потерей двигательной активности, расстройством дыхания и смертью.

Органическое и токсикологическое загрязнение водной среды вызывает усиление работы жизненно важных органов рыб, обеспечивающих обмен веществ со средой. К ним, в первую очередь, относятся жабры, печень, почки. Интенсификация функции органов сопровождается увеличением их массы. Поэтому изменение массы органов при их функциональной перестройке может служить чувствительным индикатором ухудшения качества водной среды. На основе этого разработан метод морфофизиологической индикации относительной массы органов (по отношению к массе рыбы) (Комплексная экологическая практика…, 2002).

Любые изменения условий обитания (как благоприятные, так и неблагоприятные) вызывают усиление или ослабление функций жизненно важных органов и приводят к соответствующим вариациям их индексов. Если популяция обитает в неизменно благоприятных условиях, индексы органов длительное время не меняются.

Естественная вариабельность морфофизиологических показателей зависит от экзогенных (колебания сезонных условий обитания, обеспеченности пищей) и эндогенных факторов (возраста особей, их половой принадлежности). Она исследуется на популяциях, подвергающихся наименьшей антропогенной нагрузке. Для этого на участках водоёма с наименьшим антропогенным прессом отбирается контрольная группа рыб, у которых изучается сезонная, половая и возрастная динамика индексов органов. Сезонная динамика экзогенных факторов отражается на морфофизиологических показателях следующим образом: в экстремальных зимних условиях индексы органов обычно наиболее высокие, а летом и осенью в период наиболее благоприятного нагула — наименьшие. Половые различия морфофизиологических индексов органов для разных возрастов в естественных популяциях обычно (хотя и не всегда) нс отмечаются. Достоверные различия между индексами органов у рыб близких возрастных групп также обычно отсутствуют, то есть масса органов увеличивается пропорционально росту массы тела с возрастом (Комплексная экологическая практика…, 2002). Исследование ихтиофауны реки, испытывающей влияние фабрики по отбеливанию крафта, показало изменение некоторых морфологических и физиологических показателей у рыб, выловленных ниже сбросов фабрики. У бычка-иодкаменщика Cottusgobio фиксировали отклонения от нормы по упитанности, массе гонад, массе тела и печени. У лососеокуня Percopsisomiscomaycus отмечали снижение веса и длины тела, а также изменения некоторых биохимических параметров (Gibbons, Munkittrick, 1998).

Совершенно иная картина наблюдается при изучении морфофизиологических показателей в популяциях рыб, подвергающихся сильному антропогенному воздействию. Для таких популяций характерны более резкие пиковые увеличения индексов в зимний период, а также наличие достоверного изменения индексов с возрастом. Сравнение динамики в изменении индексов органов рыб, обитающих в разных условиях среды, позволяет делать выводы о степени и характере негативных антропогенных воздействий на их популяции.

Итак, изменения среды вызывают физиологические перестройки жизненно важных органов рыб (усиление или ослабление функций), что стабилизирует взаимоотношения организма со средой. Функциональные перестройки жизненно важных органов рыб вызывают изменение их относительной массы. Таким образом, метод морфофизиологической индикации (через динамику относительной массы органов) основан на проявлении приспособительных реакций в организме рыб и применяется для оценки условий обитания их популяций.

Биотестированис с помощью аквариумных рыб проводится по аналогичной методике биотестирования с помощью дафний. В качестве тестобъектов используют рыб, широко применяемых в международных и национальных стандартах по биотестированию воды, — гуппи (Poecilia reticulata) или данио (Brachydanio rerio). Систематическое положение гуппи как тест-объекта: тип Chordata, класс Pisces, отряд Cyprinodontiformes, семейство Poecilidae, род Poecilia, вид Poecilia reticulate Peters.

Гуппи — один из самых распространённых видов аквариумных рыб. В природе они обитают в тропических водоёмах, где играют важную экологическую роль, уничтожая личинок москитов и комаров. Гуппи — мелкие рыбы, с ярко выраженным половым диморфизмом. Самцы (3−4 см) обычно мельче самок и окрашены в более яркие цвета. В их окраске преобладают серовато-коричневые тона с очень яркими красными, голубыми, зелёными и чёрными вкраплениями и точками. Самки достигают 6 см в длину, обычно желтовато-зелёные.

Систематическое положение данио как тест-объекта: тип Chordata, класс Pisces, отряд Cypriniformes, семейство Cyprinidae, род Brachydanio, вид Brachydanio rerio Hamilton-Buchanan.

Данио — широко распространенная аквариумная рыбка. В природе она обитает в медленно текущих водоёмах Юго-Восточной Азии. Длина тела взрослых рыб около 4,5 см. Тело имеет цилиндрическую форму, серебристое, с 7−9 тёмно-синими горизонтальными полосками. Эти полосы идут к хвостовому и анальному плавникам. Спина оливково-зелёная.

Критерием токсичности является гибель 50% более особей за период времени до 96 часов в тестируемой пробе по сравнению с контрольной. Показателем выживаемости служит среднее количество особей рыб, выживших в анализируемой воде и воде контрольной за определённое время. Удобнее использовать гуппи, поскольку мальки её рождаются сформированными, что упрощает уход за тестобъектом. Для биотестирования используют мальков в возрасте 1−3 недель, объём пробы воды для биотестирования — 20 литров. При биотестировании (повторность двукратная) в 2 аквариума наливают по 10 литров контрольной и тестируемой воды и помещают в каждый аквариум по 10 рыб. Ежесуточно в каждом аквариуме подсчитывают количество выживших рыб и удаляют погибших, определения наличия токсического воздействия воды биотестирование проводится в течение 96 часов. Если в любой из периодов времени гибнет 50% и более рыб, биотсстирование прекращают, а пробу считают токсичной (Экология родного края, 1996).

Рыбы, при всех их достоинствах, неудобны тем, что требуют корма, и активность их зависит от времени суток.