Тюменский государственный университет

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2006 год, Том 3, выпуск 2), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Беспрецедентные масштабы и темпы добычи нефти и газа в Тюменской области сопровождаются значительными потерями углеводородного сырья. Интенсив-ное развитие нефтеперерабатывающей отрасли промышленности привело к тому, что популяции живых организмов вынуждены длительное время находится в ус-ловиях нефтяного загрязнения и приспосабливаться к хроническому действию токсических веществ. Неспособные к такому приспособлению особи элиминируют-ся из популяции, т.е. в каждой природной или экспериментальной популяции идет отбор на нефтеустойчивость.
В лабораторных условиях на кафедре экологии и генетики Биологического факультета Тюменского госуниверситета  были отселектированы 2 линии плодовой мушки  Drosophila melanogaster, способные жить  и  размножаться  в условиях хронического нефтяного загрязнения. Мухи, начиная с 1994 года, содержатся на стандартной питательной среде с добавлением нефти в полулетальной концентрации (5% от состава среды) и половина от полулетальной (2,5%). К настоящему времени линии мух прожили на загрязненной нефтью среде около 400 поколений. Регистрировали основные показатели приспособленности: выживаемость, по-тенциальную и реальную плодовитость, частоту гибели отложенных яиц, крыловые морфозы типа вырезок.
Анализ выживаемости мух показал, что в первых поколениях жизнеспособность мух, развившихся и содержащихся на среде с добавлением нефти в полуле-тальной концентрации (5%), резко снижена (табл.1). Гибель мух родительских поколений в течение первых 3-х недель эксперимента  сохраняется в течение 15 по-колений непрерывного содержания мух на среде. К 15 поколению у потомков, хронически содержащихся в условиях нефтезагрязнения, выживаемость на 6 день составляла около 38 % от уровня контроля, а на 12 день – около 12% .  Более низкая концентрация нефти в среде (2,5%) у особей первого поколения не вызывала полной гибели мух в течение 18 дней эксперимента, но существенно снижала их жизнеспособность. Полная гибель мух на среде с полулетальной концентрацией нефти и высокая гибель на среде с концентрацией нефти 2,5 % связаны, по всей видимости, с токсическим действием нефти на соматические и половые  клетки дрозофилы. Элиминация большей части популяции при действии нефти связана с низкой устойчивостью мух к высоким концентрациям такого сложного много-компонентного токсиканта, как нефть
 Начиная с 25  поколения,  жизнеспособность мух в среде с заданными  концентрациями нефти   начинает постепенно увеличиваться по сравнению с 15 поколе-нием мух, содержащихся в соответствующих концентрациях. Появляются первые положительные сдвиги в сторону увеличения жизнеспособности мух. Жизнеспо-собность мух, содержащихся на среде с полулетальной концентрацией нефти, достигает контрольного уровня только к 65 поколению. Различия между опытными вариантами по выживаемости мух существуют по 60-тое поколение включительно: более высокая концентрация нефти в среде более значимо снижает жизнеспо-собность мух, статистически значимо отличаясь от контрольного уровня в начале эксперимента, к настоящему времени существенного не отличаются от стан-дартных. У дрозофил, в ходе длительного содержания на среде с нефтью в полулетальной концентрации (5 %), возникла стойкая генотипическая адаптация к неф-тяному загрязнению. Все основные показатели жизнедеятельности мух (выживаемость, плодовитость, поведенческие реакции) находились на уровне контроля.
Полученные в ходе эксперимента результаты, свидетельствуют о возможности нормальной жизнеспособности мух в условиях высоких концентраций нефтяного загрязнения. Достигаются подобные эффекты достаточно медленно (45-е или 65 поколение мух при хроническом действии 2,5 и 5 % концентрации соответствен-но). При длительном развитии мух в условиях нефтезагрязнения   происходит отбор и размножение особей с  устойчивыми  генотипами. Сдвиги в направлении повышения уровня жизнеспособности особей начинают отмечаться с 35-40 поколения.
В экспериментах мы  анализировали уровень  полиморфизма в нефтеустойчивых линиях по морфологическим и цитогенетическим характеристикам. Учитывали  изменения в цвете и форме глаз, форме крыльев и брюшка, количестве и форме щетинок, цвете и размерам тела. Выявлен  высокий уровень изменчивости практи-чески всех проанализированных морфометрических  показателей. Особенно значимый уровень полиморфизма установлен у мух первого поколения, развившихся в среде с добавлением нефти в полулетальной концентрации. По мере приспособления к условиям нефтяного загрязнения у мух уровень изменчивости хотя и снижался, но был выше среднестатистического по популяции. Показано увеличение спектра генетической активности у мух нефтеустойчивых линий, анализируе-мое по частоте встречаемости и размерам пуфов в политенных хромосомах. Показано, что ряд пуфов у личинок  являются , вероятно, неспецифическими, так как их появление зафиксировано при различных стрессовых воздействиях на дрозофил. Однако ряд пуфов являются строго специфичными для нефтяного загрязнения. Изменялся и размер пуффированных зон у мух по мере адаптации особей к нефтяному загрязнению.
При переводе мух на чистую питательную среду в первом поколении основные показатели приспособленности несколько возрастают, а  во втором поколении резко снижаются по сравнению с уровнем контроля. Возвращение мух в условия нефтезагрязнения стабилизирует их показатели жизнедеятельности. Это свиде-тельствует о возможности генотипической адаптации организмов к нефтяному загрязнению среды.
Проведение гибридологического анализа позволило выявить доминирование нефтеустойчивости. Установлено, что нефтеустойчивость определяется не менее 3 генами. Два гена  локализованными во 2 и 3 хромосоме соответственно и имеют разную степень экспрессивности. Основные гены нефтеустойчивости локализова-ны в Х-хромосоме дрозофил и определяют разную степень нефтеустойчивости самок и самцов.

Таблица 1

Основные показатели приспособленности мух при хроническом действии нефти

Варианты опыта	Выживаем. мух (%)	Плодовитость (шт.) потенциальная   реальная		Гибель яиц (%)	Вырезки на крыле  (%)
F 1
Контроль	62,0 ± 3,43	13,9±0,96	7,7±0,43	3,3±,065	0,3 ± 0,32
Нефть 2,5%	44,1 ± 3,50*	8,5±0,35*	4,2±0,16*	5,4±1,09	1,0 ± 0,42
Нефть 5%	10,3 ±2,12*	5,3±0,51*•	3,2±1,03	6,1±1,32	1,7 ± 0,67*
F35
Контроль	68,1 ± 1,91	18,5±2,19	9,3±1,70	5,7±0,76	0,6 ± 0,08
Нефть 2,5%	38,0± 3,43*	7,2±0,22*	4,0±1,22*	5,4±1,23	0,7 ± 0,12
Нефть 5%	15,5±2,55*•	5,5±0,51*•	5,1±0,52*	14,0±1,53*•	2,0 ±0,87*•
F 60
Контроль	69,0 ± 3,27	12,9±1,23	6,1±1,47	2,1±0,57	0,2 ± 0,21
Нефть 2,5%	67,1 ± 3,32	10,5±0,71	5,1±0,46	3,4±0,80	0,2 ± 0,23
Нефть 5%	51,2±3,53*•	8,2±0,29*•	5,0±1,21	6,0±1,05*•	0,0 ± 0,06
F 65
Контроль	76,5 ± 3,01	13,2 ± 1,40	6,1±1,47	2,0 ± 0,47	0,3 ± 0,21
Нефть 2,5%	79,7 ± 4,07	12,5± 1,71	5,6 ±1,47	2,4 ± 0,56	0,2 ± 0,23
Нефть 5%	69,8 ± 4,62	11,9 ± 1,24	5,4±1,37	2,6 ±0,63	0,0 ± 0,06

Условные обозначения:

*-статистически достоверные различия между опытом и контролем

•- статистически достоверные различия между опытными вариантами

Проведено изучение пределов нефтеустойчивости мух к  высоким концентрациям нефти в среде (8 и 10%). Показано, что мухи, адаптированные к более низкой концентрации нефти имеют больший резерв нефтеустойчивости по сравнению с мухами, адаптированными к полулетальной концентрации нефти в среде. Можно указать, что длительное пребывание мух в загрязненной среде, безусловно, ведет к развитию генотипических адаптаций к нефтезагрязнению. Обеспечение нор-мального функционирования механизмов нефтеустойчивости связано с большими функциональными нагрузками для организмов и ведет к снижению резерва неф-теустойчивости мух.
Наряду с дрозофилами, изучение хронического действия нефтяного загрязнения проводили на дафниях (Daphnia magna) и инфузориях туфельках (Paramecium caudatum). В экспериментах с дафниями оценивали влияние хронического (в течение 2 месяцев) действия водорастворимой фракции нефти (ВРФН) в полулеталь-ной концентрации (1 % раствор ВРФН) и возрастающих концентраций (от 0,5 % до 3,5 %) токсиканта, растворенного в воде. В экспериментах растворы меня-ли каждые 5 дней, сохраняя прежнюю полулетальную концентрацию (1 %) или увеличивая концентрацию на 0,5 %.Учитывали выживаемость рачков, их реаль-ную плодовитость, линейные размеры особей, особенности поведенческих реакций (зоны предпочтительного обитания, двигательную активность). Показано, что ряд анализируемых показателей статистически значимо изменяется по сравнению с показателями интактных особей. Наиболее заметные отличия каса-лись поведенческих реакций рачков и их плодовитости. В ходе эксперимента было показано, что первичный контакт дафний с токсикантов в концентрации 3,5 % приводит к немедленной гибели рачков. В ходе постепенного повышения концентрации ВРФН дафнии смогли жить и размножаться в среде, концентрация токсиканта в которой превосходила полулетальную в 3,5 раза. Это достигается, вероятно, за счет постепенной перестройки в организмах рачков физиологиче-ских механизмов, ответственных за адаптацию. Достигнув определенных пределов (в наших экспериментах – 4 % ВРФН в среде), системы физиологической адаптации, ответственные за нефтеустойчивость, не выдерживали нагрузки и организмы массово погибали.
 Аналогичные механизмы адаптации к нефтяному загрязнению грунта выявлены у инфузорий. В отличии от дафний у парамеций на ряду с физиологическими, в адаптации большую роль играют генетические механизмы адаптации (отбор устойчивых особей). Наряду с напряженной работой систем физиологической адаптации, обуславливающих выживаемость инфузорий при возрастании концентрации нефти в грунте, отмечена элиминация только части наиболее чувстви-тельных особей. Выжившая часть популяции инфузорий имела, вероятно, приспособления на генетическим уровне к действию токсиканта в возросшей концен-трации. Отмечено наличие у парамеций длительного сохранения эффектов от обработки как у особей кратковременно контактировавших с тестируемым ток-сикантом, так  и у потомков, полученных от обработанных в течение короткого времени родителей. Эффекты от нефтяной обработки сохранялись у инфузо-рий в течение 40 поколений после воздействия.