Оценка экологического состояния водоемов по морфологическим показателям лягушек, обитающих в них

Патяев Андрей, 11 кл., шк.№ 40, Нижний Новгород.
Руководитель: к.б.н. Баринова О.В.

Введение

В связи с усилением антропогенного воздействия на природную среду возникает угроза уничтожения или полного истребления живых организмов (животных и растений) обитающих на территории, подверженной этому воздействию.

Целью наших исследований было сравнение действия окружающей среды на популяции животных, обитающих в районах с разным уровнем антропогенной нагрузки. Такие исследования проводятся в ходе экологического мониторинга данной территории, то есть оценке состояния природных популяций. Важно улавливать изменения, происходящие в популяциях, прежде чем они скажутся на жизнеспособности организмов. Такую возможность дает исследование стабильности развития организма - способности к формированию фенотипа без онтогенетических нарушений (Mather, 1953; Захаров, 1987). Оценка стабильности развития может осуществляться различными способами. Наиболее простым является морфологический подход, основанный на исследование флуктуирующей асимметрии (различий между сторонами), являющейся следствием нарушения развития.

Симметрия, как вид согласованности отдельных частей организма, который объединяет их в единое целое, является одним из наиболее общих и широких понятий (Вейль, 1968). Один из видов асимметрии - флуктуирующая асимметрия (далее ФА) - может быть определена по нормальному распределению относительно нуля различий между сторонами, взятых со знаком. Она является результатом неспособности организмов развиваться по точно определенным путям.

Популяционный аспект исследования флуктуирующей асимметрии.

Этот тип асимметрии проявляется в незначительных ненаправленных различиях между сторонами, которые, видимо, не имеют самостоятельного адаптивного значения и не оказывают ощутимого влияния на жизнеспособность индивидуумов. ФА определяется как следствие несовершенства онтогенетических процессов. При этом могут быть обнаружены как практически симметричные, так и в некоторой степени асимметричные особи при наличии положительной или отсутствии какой бы то ни было взаимосвязи значений признака на разных сторонах тела. Различия между сторонами в этом случае не являются в строгом смысле генетически детерминированными и могут рассматриваться как следствие несовершенства онтогенетических процессов. (Захаров,1987).

Высокая асимметрия оказывается также характерной для популяций, существующих при неоптимальных с точки зрения стабильности развития условиях, что имеет место на естественной экологической периферии ареала, при интродукции в необычные местообитания и в условиях загрязнения среды.

При использовании показателя ФА возможно выявление таких изменений состояния популяций, которые еще не связаны с ощутимыми нарушениями жизнеспособности.

Данный подход перспективен для осуществления фонового мониторинга - оценки состояния природных популяций в естественных условиях. Использование данного подхода может дать информацию о состоянии разных популяций вида на протяжении всего ареала. При этом появляется возможность для обнаружения популяций с нарушенной стабильностью развития, что может иметь место на экологической периферии ареала вида и в зонах гибридизации разных форм (Захаров, 1987).

Характеристика объектов и районов исследования

Сбор материала проводили в течение 2-х сезонов (1997 и 2000 гг) на территории Керженского государственного заповедника и города Нижнего Новгорода. В качестве обьекта ииследования были выбраны амфибии рода Rana.

Отлов амфибий проводили в трех точках:

1. Пруд на территории поселка Черноречье (Керженский государственный заповедник).
2. Бассейн реки Ржавка, протекающей по Ленинскому району города Нижнего Новгорода. Эта территория подвержена общему антропогенному прессу города и воздействию со стороны завода "Этна".
3. Бассейн реки Кова, протекающей по Нижегородскому и Советскому районам города Нижнего Новгорода. Несмотря на сильное загрязнение и захламление, река обладает поразительной способностью к самоочищению.

Всего исследовано 46 особей лягушек Rana lessonae L. и Rana ridibunda Pall.

Поскольку межполовых различий по показателю асимметрии не наблюдается (Захаров, 1987; Захаров, Крысанов, 1996), то для анализа брали обьединенные выборки. Виды Rana lessonae L. и Rana ridibunda являются представителями гибридогенного комплекса Rana esculenta (Александровская, 1976), что позволяет сравнивать показатели стабильности развития этих видов (Чубинишвили и др., 1996). Поэтому в работе сравнивали стабильность развития видов прудовой и озерной лягушки, собранных в бассейне реки Ржавка.

При обработке материала и оценке полученных результатов мы использовали методы, разработанные в лаборатории постнатального онтогенеза Института биологии развития РАН. В качестве метода оценки стабильности развития применяли анализ флуктуирующей асимметрии. Всего было использовано 11 признаков окраски.

Для оценки уровня ФА для каждой особи подсчитывали число асимметричных признаков. Затем общее количество асимметричных признаков делили на общее число животных. Полученная величина является средним числом асиммметричных признаков на особь (ЧАПО). В качестве показателя ФА использовали так же среднюю частоту асимметричного проявления на признак (ЧАПП), которую рассчитывали путем деления ЧАПО на общее число проанализированных признаков.

Для удобства представления полученных данных и оценки степени антропогенного воздействия использовали бальную оценку уровня стабильности развития (Чубинишвили и др.,1996).

Результаты и их обсуждение

Оценка влияния среды на уровень стабильности развития организма. Нами была проведена оценка стабильности развития лягушек рода Rana (Rana lessonae и Rana ridibunda) в серии выборок из мест с разным уровнем антропогенного воздействия.

Выборки из Керженского государственного заповедника сравнивали с выборками из бассейнов городских рек Ржавка и Кова.

В итоге первичных учетов 11 признаков окраски у зеленых лягушек в исследованных популяциях были рассчитаны среднее число асимметричных признаков на особь (ЧАПО) и частота асимметричного проявления на признак (ЧАПП)

При оценке различий между популяциями по ЧАПО были установлены достоверные различия между выборками из Керженского заповедника и бассейн рек Ржавка и Кова (р < 0,01). В популяции из Керженского заповедника величина флуктуирующей асимметрии в период исследования оставалась небольшой.

Полученные данные свидетельствуют, что выборки значительно различаются по ЧАПО, а, следовательно, по уровню стабильности развития. ЧАПО значительно выше в популяциях, подвергающихся интенсивному антропогенному воздействию (бассейны городских рек), чем в популяциях на заповедной территории.

На основе величины ЧАПП мы оценивали состояние популяций по балльной шкале уровня стабильности развития. Величина ЧАПП в популяции из Керженского заповедника составила 0,28, что соответствует первому баллу (условная норма). Значение ЧАПП для популяции р. Кова отвечает второму баллу стабильности развития, а р. Ржавка - третьему.

На основе балльной оценки логично заключить, что популяция в Керженском заповеднике находится в экологических условиях, близких к оптимальным для нормального развития амфибий. Антропогенный пресс в заповеднике не достигает уровня, при котором изменения в состоянии популяции начинают сказываться на жизнеспособности организма (первый балл по шкале оценки стабильности развития). Следовательно, Керженский государственный заповедник можно использовать как контрольный участок для биомониторинга.

В отличие от заповедника, состояние популяции в долинах рек Кова и, особенно, Ржавка вызывает большие опасения, так как достигает двух и трех баллов по шкале соответственно (ЧАПП=0,52 и 0,56), Следовательно, на этих территориях происходят нарушения стабильности развития высокого уровня вследствие интенсивного антропогенного воздействия.

Близкая к критической обстановка в бассейне реки Ржавки объясняется тем, что в течение последних 30 лет сточные воды завода "Этна" без очистки сбрасываются в реку. Способность к самоочищению у реки в таких условиях, конечно, резко снижена. Мы полагаем, что для восстановления экологического здоровья реки и, следовательно, популяций живых организмов, обитающих в ее бассейне, необходимо предпринять срочные меры со стороны жителей нашего города.

Река Кова так же сильно загрязнена, берега превращены в свалку бытового и технического мусора, зону сплошных гаражей. Столь неблагоприятная обстановка, несомненно, сказывается не только на морфологической асимметрии амфибий, что следует из наших исследований, но и на всех живых обитателях реки.

Тем не менее, экологические условия на р. Кова немного лучше, чем на р. Ржавка (ЧАПО = 5,63 и 6,0; уровень стабильности второй и третий соответственно). Объяснению этому мы находим в следующем. Несмотря на загрязнение, река Кова обладает поразительной способностью к самоочищению, что связано с широкой сетью родников в ее бассейне. В долине реки сохранились природные объекты, достойные особого внимания.

Выводы:

Исследование природных популяций из районов с разной степенью антропогенного воздействия позволило выявить нарушение стабильности развития при неблагоприятных средовых воздействиях.

Популяции зеленых лягушек в бассейне рек Кова и Ржавка характеризуются нарушениями стабильности развития, что говорит о неблагоприятном воздействии среды обитания на данные популяции.

Популяция амфибий в Керженском заповеднике находится в благоприятных условиях. Антропогенный пресс в заповеднике не достигает уровня, при котором начинаются процессы нарушения стабильности развития организмов.