4 курс / Общая токсикология (доп.) / Obschaya_ikhtiotoxikologia_Lukyanenko

В. И. ЛУКЬЯНЕНКО

ОБЩАЯ ИХТИОТОКСИКОЛОГИЯ

ББК 47.2 Л 84

УДК 597:615.9 Лукьяненко В. И.

Общая ихтиотоксикология. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983.— 320 с. Рассматриваются основные проблемы современной ихтнотоксикологии, бурное развитие которой

отмечено во многих странах в последние полтора десятилетия.

Основное внимание сосредоточено па физиолого-биохимнческих аспектах ихтиотоксикологии, разработка которых диктуется острой необходимостью внедрения современных экспресс-методов оценки токсичности разнообразных веществ, попадающих во внутренние водоемы и Мировой океан, и научного обоснования предельно - допустимых концентраций этих веществ в воде.

Предназначена для научных работников: гидробиологов, ихтиологов, физиологов, токсикологов, санитарных врачей, рыбоводов.

Таблиц 23. Иллюстраций 34. Список литературы — 864 названия.

Рецензент ММ. ТЕЛИТЧЕНКО.

Владимир Иванович Лукьяненко ОБЩАЯ ихтиотоксикология

Редактор Е. П. Яковлева. Художник А. Л. Мамаев.

Художественный редактор В. В. Зеркаленкова. Технический редактор Н. В. Черепкова.

Корректоры Т. А. Лашкина и Е. Л. Постникова.

ЦБ № 357

Сдано в набор 27.04.82. Подписано в печать 18.02.83. Т-03571. Формат 84x108. Бумага типографская № 2. Литературная гарнитура. Высока» печать. Объем 10 п. л. Усл. п. л. 16,80. Усл. л. кр.-отт. 16,80. Уч.-изд. л. 19.86. Тираж 2500 экз. Заказ 1530. Цена 3 р. 30 к.

Издательство «Легкая и пищевая промышленность», 1983 г.

ОТ АВТОРА

Настоящее, второе издание книги выходит под новым, я бы сказал, более точным названием. Напомню, что первая книга, вышедшая в издательстве «Пищевая промышленность» в 1967 г., называлась «Токсикология рыб».

В отечественной и зарубежной литературе было предложено несколько терминов, характеризующих предмет и задачи того направления исследований, которое рассматривает действие токсических веществ на рыб и других гидробионтов: «токсикология рыб» [792], «рыбохозяйственная токсикология» [38, 39], «токсикология водных животных» и «водная токсикология» [327, 328]. Последний термин, пожалуй, самый неудачный, поскольку юн дезориентирует читателя и вызывает ложное представление о том, что гидробиологи изучают токсичность воды, или водной среды для гидробионтов. Вода (или водная среда) сама по себе не может быть токсичной, яма становится токсичной после попадания в нее того или иного химического вещества, и, следовательно, нужно изучать токсичность конкретного вещества или группы веществ, а не водной среды. Здесь уместно напомнить, что токсикология (от греческого toxicon — яд и logos — учение) — это наука, изучающая взаимодействие организма и яда. Следовательно, ихтиотоксикология (токсикология рыб) — наука, изучающая взаимодействие рыб и токсических веществ или влияние токсических веществ на рыб.

Со времени выхода в свет первого издания настоящей книги прошло пятнадцать лет, явившихся важной вехой в истории развития отечественных исследований по ихтиотоксикологии. Получено, огромное количество новых данных, появились новые идеи в методы исследований, критический анализ, систематизация и обобщение которых — задачи первостепенной важности. Актуальность этих задач определяется еще и тем, что вопросами ихтиотоксикологии как у нас в стране, так и за рубежом занимается широкий круг специалистов, не имеющих профессиональной подготовки в этой области. В связи с этим в книге представлены основные понятия общей токсикологии, теоретические аспекты ихтиотоксикологии и методические подходы к решению разнообразных задач по предотвращению загрязнения рыбохозяйственных водоемов.

Нарастающие масштабы загрязнения внутренних водоемов и Мирового океана солями тяжелых металлов, пестицидами, поверхностно-активными веществами, а также нефтью и нефтепродуктами ставят исследователей перед необходимостью ускорить поиски научно обоснованных предельно допустимых концентраций этих веществ для разработки практических рекомендаций по устранению загрязнений. Острота проблемы загрязнения водоемов столь велика, что стала в центре внимания правительств многих индустриально развитых стран, привела к росту международного сотрудничества в этой области.

Вполне понятно, что основой консолидации усилий ученых разных стран и различных лабораторий внутри страны должны быть однозначное понимание критериев токсичности различных веществ для рыб и других гидобионтов, использование одинаковых методов определения токсичности, постановка опытов по единой стандартной схеме и многое другое. Этого можно достичь только учитывая общие закономерности и механизм действия различных групп токсических веществ на рыб, т. е. в рамках единой научной дисциплины — ихтиотоксикологии.

В связи с этим 15 лет назад была предпринята первая попытка разобраться в экспериментальных данных» накопленных отечественными и зарубежными исследователями за минувшее столетие, упорядочить их, критически оценить сделанное и определить основные направления дальнейшей разработки проблемы влияния ядов на рыб. Тогда мы еще не располагали достаточным количеством экспериментальных данных для демонстрации ведущего значения физиолого-биохимнческих принципов и методов в ихтиотоксикологии и были вынуждены уделить больше внимания основным закономерностям действия токсических веществ на рыб. Сегодня можно с глубоким удовлетворением отметить правильность и перспективность выбора основного направления поиска, свидетельством чему являются многочисленные экспериментальные данные, полученные в опытах на рыбах как в нашей стране, так и за рубежом.

Хочу выразить искреннюю благодарность В. М. Володину, П. П. Гераскину, А. Б. Захарову, А. А. Кокозе, Л. Ф. Львову, Л. -А. Петуховой, Л. Н. Серову, Ю. И. Сорокину, Б. Д. Флерову и другим коллегам и сотрудникам, принимавшим участие в экспериментальном решении ряда важных вопросов, рассматриваемых в книге.

Хочется верить, что выход в свет этой книги будет способствовать предотвращению дальнейшего загрязнения рыбохозяйственных водоемов.

ВВЕДЕНИЕ

Зарегулирование стоков крупнейших рек, строительство па них каскада водохранилищ, возрастание объемов безвозвратного потребления воды резко меняют условия существования рыб и их кормовых организмов, а загрязнение внутренних водоемов отходами промышленного производства, бытовой химии и пестицидами оказывает отрицательное воздействие на гидрохимический режим водной среды. Наконец, стремительный рост числа тепловых и атомных электростанций ведет к сбросу во внутренние водоемы огромного количества подогретых вод и увеличивает и» так называемое тепловое загрязнение. Все это значительно повышает амплитуду колебаний физико-химических параметров водной среды, вносит в нее новые компоненты, отражаясь на условиях существования водных животных.

В результате происходят величайшие потрясения в фауне и флоре рек, озер и водохранилищ, и трудно удержаться от мысли, что мы являемся свидетелями лишь самого начала процесса, который, если не будут приняты решительные меры, по силе своей станет подобен лавине. Яды промышленных и сельскохозяйственных стоков оказывают губительное действие на молодь и икру рыб, уничтожают нерестилища и нагульные угодья, ограничивают миграции, вызывают заболевания рыб и затрудняют обловы, уменьшают промысловые запасы и ухудшают качество рыбы. Гибель рыбы в загрязненной реке — грозный признак прогрессирующего отравления водоема, в котором нарушается биологическое равновесие, а вместе с ним и самоочищение, тесно связанное с жизнедеятельностью одноклеточных организмов — бактерий, водорослей и простейших. После этого река может превратиться в сточную канаву, вода которой непригодна не только для питья и орошения, но и для технических нужд.

Реки большинства стран мира потеряли свою первородную чистоту и несут мутные потоки сточных вод. Человечество повсеместно лишается чистой воды, и чем более экономически развита страна, тем в большей степени она «испытывает жажду».

Еще недавно среди специалистов бытовало мнение, что решение проблемы ликвидации загрязнения рыбохозяйственных водоемов предельно просто: нужно прекратить сброс сточных вод в естественные водоемы или производить полную очистку сточных вод таким образом, чтобы вода на «входе» и «выходе» из промышленного предприятия была одинакового качества. Практика всех индустриально развитых стран мира показала, что эти требования промышленность выполнить не в состоянии и по мере дальнейшего развития последней количество сточных вод, сбрасываемых в реки и моря, чрезвычайно быстро растет, а стало быть, увеличивается и уровень загрязнения водоемов.

Проблема предотвращения загрязнения внутренних водоемов еще более усложнилась в последние десятилетия в связи с широким применением в сельском хозяйстве химических средств защиты растений от вредителей и борьбы с сорняками.

Общее число используемых в сельском хозяйстве ядохимикатов достигает 1000, причем около 300 получило широкое распространение. Список применяемых пестицидов беспрестанно расширяется, а мировое производство их приближается к 4 млн. г в год. Значительная часть этого количества пестицидов в конечном счете смывается во внутренние водоемы и Мировой океан. Темпы поиска новых пестицидов столь велики, что каждый год патентуется несколько тысяч одних только гербицидов.

Поскольку полная очистка сточных вод от ядов практически невозможна, а в ряде случаев и неоправдана, в первую очередь необходимо решить, от каких веществ очищать сточные воды и до какой степени, чтобы не оказать губительного действия на ихтиофауну данного водоема, не подрывать запасы наиболее ценных в промысловом отношении рыб. Следовательно, основное условие решения проблемы ликвидации загрязнений рыбохозяйственных водоемов, а стало быть, центральная задача ихтиотоксикологии — выявление пороговых и безвредных концентраций, т. е. предельно допустимых для рыб и их кормовых организмов (если их устойчивость ниже устойчивости рыб) концентраций (ПДК) токсических веществ, содержащихся в сточных водах.

В противоположность этому основной путь предотвращения загрязнения водоемов пестицидами — предварительное определение степени токсичности для рыб каждого из перспективных пестицидов и исключение из списка тех из разрешенных к употреблению, которые характеризуются высокой токсичностью для рыб и их кормовых организмов.

Выявить токсичность того или иного вещества для рыб и водных беспозвоночных и ее степень можно только в экспериментальных условиях, поскольку даже самое Детальное и всеобъемлющее изучение водоема ие может дать ответа на эти вопросы. Точно так же, только в экспериментальных условиях, можно установить и безвредную концентрацию того или иного вещества для конкретного вида рыб. Отсюда становятся совершенно очевидными необходимость и актуальность развития исследований по ихтиотоксикологии.

Ихтнотоксикология как область исследований, направленных на всестороннее изучение пагубного влияния токсических веществ на рыб, возникла еще во второй половине XIX в., но долгое время не получала должного теоретического и. методического развития, вследствие чего не могла оформиться в самостоятельную научную дисциплину. И дело было не в недостатке экспериментальных данных, которых очень много, а прежде всего в отсутствии общепринятых принципов постановки ихтнотоксикологического эксперимента, разноречивости в понимании критериев токсичности, субъективной интерпретации результатов опытов, краткосрочности их проведения и др. Фактически разработка рыбохозяйственных нормативов поступающих в водоемы токсических веществ только начинается.

Между тем сама идея регламентации сбрасываемых в водоемы токсических веществ на основе ПДК была

выдвинута в конце первой половины текущего столетия. Именно в это время была сформулирована генеральная концепция охраны водоемов от загрязнений, в соответствии с которой вводилось государственное регулирование спуска сточных вод и нормирование в них загрязнений путем научного обоснования ПДК вредных веществ.

Ведущая роль в решении проблемы охраны водоемов от загрязнений и установлении ПДК токсических веществ, поступающих в эти водоемы, принадлежит медикам, которые обосновали представления о гигиеническом критерии вредности сточных вод, усилили физколого-биохимическую направленность в исследованиях по гигиене воды и санитарной охране водоемов и к настоящему времени экспериментально обосновали ПДК сотен веществ, поступающих в водоемы.

К сожалению, в скором времени выяснилось, что ПДК многих веществ (соли тяжелых металлов, пестициды), вполне удовлетворяющие гигиенистов, не обеспечивают чистоту водоемов с рыбохозяйственных позиций.

Обнаруженные различия определяются тем, что теплокровные животные, на которых устанавливаются санитарно-гигиенические ПДК, имеют кратковременный контакт с загрязненной, водой, поступающей в их организм порционно, а для гидробионтов загрязненная вода — место постоянного обитания.

Это требует широкого развертывания работы по биологическому нормированию поступающих в рыбохозяйственные водоемы токсических веществ путем экспериментального определения их ПДК в опытах на рыбах и других гидробионтах.

Накопленные за минувшие 15 лет экспериментальные материалы, полученные как в нашей стране, так и за рубежом, полностью подтверждают высказанную точку зрения [163] о том, что решение центральной задачи ихтиотоксикологии немыслимо без обстоятельного изучения характера и путей влияния вредных веществ на жизнедеятельность различных по высоте организации гидробионтов и в первую очередь на рыб, учитывая их наиболее высокую чувствительность ко многим токсикантам органической и неорганической природы. Речь идет именно о чувствительности рыб к токсикантам, которую многие исследователи до сих пор путают с устойчивостью, т. с. с совершенно иным по своему физиологическому содержанию понятием.

Понимание механизмов действия токсикантов на рыб и других гидробионтов является необходимой предпосылкой для разработки научных основ и методов определения ПДК применительно к задачам рыбохозяйственной регламентации поступающих в водоемы химических веществ. Речь идет о развитии физиолого-биохимического подхода к решению основных проблем ихтиотоксикологии, физиологобиохимической направленности в исследованиях по рыбохозяйственному нормированию ПДК вредных веществ в водоемах, имеющих рыбопромысловое значение. Все это и составляет новейший этап развития отечественной ихтиотоксикологии.

ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ИХТИОТОКСИКОЛОГИИ И МЕТОДЫ ИХТИОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ИХТИОТОКСИКОЛОГИИ

Первое упоминание о пагубном влиянии сточных вод на жизнедеятельность рыб принадлежит, повидимому, академику К. М. Бэру. Анализируя причины снижения рыбных запасов, в частности запасов стерляди на Верхней Волге и ее притоках, он высказывает предположение о том, что «усилившаяся в некоторых местах Окской системы фабричная промышленность могла иметь вредное влияние на размножение рыбы посредством стока в реки минеральных веществ». Это строки из первого отчета волжской экспедиции 1853 г., возглавляемой К. М. Бэром, опубликованного в 1860 г. (с. 19) в ставшей теперь уже классической монографии «Исследования о состоянии рыболовства в России».

Спустя 10 лет другой известный русский ихтиолог профессор К. Ф. Кесслер [116], возвращаясь к вопросу о причинах уменьшения рыбных запасов, вновь приходит к выводу, что наряду с нерациональным промыслом важное значение приобретает загрязнение рек сточными водами фабрик и заводов, расположенных по берегам рек, особенно мелких. Следовательно, уже в середине прошлого столетия проблема загрязнения внутренних водоемов начинает привлекать внимание ихтиологов как рыбохозяйственная проблема, острота которой постепенно нарастала и стала очевидной в 90-х годах XIX столетия.

Особая заслуга в этом принадлежит выдающемуся отечественному ихтиологу и рыбоводу О. А. Гримму, которого с полным основанием можно считать одним из основоположников рыбохозяй-ственной токсикологии в нашей стране. Именно ему удалось привлечь внимание ученых и широкой общественности к проблеме нефтяного загрязнения Волги и его влнянню на рыб. В основополагающем докладе Российскому обществу рыбоводства и рыболовства «О гибельном влиянии нефти на рыб и мерах противодействия этому», который, по его словам, вызвал «целую бурю инсинуаций, доносов, жалоб», О. А. Гримм [66] представил глубокий анализ путей влияния нефтяного загрязнения на промысловые запасы рыб. В дальнейшем он неоднократно возвращался к этим вопросам и в монографии «Каспийско-Волжское рыболовство» [68] следующим образом определил основные пути влияния нефти на рыб и кормовые организмы: «1) нефть вредна вообще, препятствуя своводному обмену газов в воде, 2) нефть вредна тем, что мясо рыб принимает ее запах и вкус, 3) нефть вредна, убивая рыб в прорезях, садках и бассейнах или участках их слабо текущей водой, 4) нефть вредна отгоном рыб, 5) нефть вредна порчен трав иа полоях, 6) нефть вредна уничтожением насекомых в разных стадиях развития, служащих главной пищей рыб, 7) весьма вероятно, что нефть убивает мальков сельдевых пород рыб и других, плавающих поверху или скопляющихся близ берегов в мелкой воде» (с. 62— 63). Представления О. А. Гримма о прямом (токсическом) и косвенном (изменение абиотических факторов среды и кормовой базы) влиянии загрязнений на ихтиофауну водоема и его рыбопродуктивность, об изменении вкуса и запаха рыб («хозяйственная норма») являются ныне краеугольным камнем рыбохозяйствениой токсикологии. Предположение О. А. Гримма об избегании рыбами вод, загрязненных нефтью, и о пониженной устойчивости мальков к нефтяному загрязнению получило экспериментальное подтверждение уже в конце прошлого века.

Само экспериментальное направление в рыбохозяйствениой токсикологии, оформившееся ныне в самостоятельную научную дисциплину — ихтиотоксикологню, возникло благодаря энергичным стараниям О. А. Гримма. По его инициативе были выполнены первые экспериментальные исследования токсического действия нефти иа различные стадии индивидуального развития рыб [11-14, 394]. Так, в опытах Н. К. Чермака [394], выполненных на нескольких впдах волжских рыб (стерлядь, уклея, карась, линь, сом), убедительно показано токсическое действие нефти на рыб, выявлены пониженная устойчивость к нему мальков рыб в сравнении с устойчивостью взрослых особей, способность некоторых видов рыб (сом, уклея) обнаруживать и избегать воду, отравленную нефтью, наличие индивидуальных особенностей в устойчивости рыб к нефти и, наконец, высокая обратимость нефтяного отравления рыб после их перенесения в чистую воду.

И. Н. Арнольд [11, 14] подтвердил основной вывод Н. К. Чермака относительно токсичности нефти для рыб и вскрыл наличие видовых особенностей устойчивости рыб к нефти. Используя в опытах 10 видов рыб (лосось, форель, сиг, плотва, окунь, язь, карась, лещ, пескарь, гольян), он показал, что наименее устойчив к нефтяному загрязнению сиг. Что касается возрастных особенностей устойчивости рыб к нефти, т. е. различий в устойчивости к нему мальков и взрослых рыб, то они, по мнению И. Н. Арнольда, «по-видимому, не существуют» (с. 194). Однако ему удалось обнаружить более высокую устойчивость к нефти мальков лосося, имеющих желточный мешок, в сравнении с устойчивостью к ней «взрослых» мальков, лишенных желточного мешка. Привлекает внимание указание И. Н. Арнольда о влиянии нефти на стайный «инстинкт» у мальков лососевых, которые «перестают держаться стайкой разбредаются по всему аквариуму» (с. 183).

Особо следует подчеркнуть, что в обеих работах в качестве тест-объектов для изучения токсичности нефти использован широкии набор видов рыб. Показателем токсичности служила выживаемость подопытных рыб в острых опытах, продолжительность которых варьировала в разных сериях от нескольких часов до нескольких суток. Иными словами, Н. К. Чермак [394] и И. Н. Арнольд [11] впервые применили метод «рыбной пробы», ставший впоследствии одним из основных методов отечественных и зарубежных исследованиях по

ихтиотоксикологии.

В разгоревшуюся вокруг «нефтяного» вопроса дискуссию вовлекался все более широкий круг участников, что, несомненно, способствовало стремительному развитию ихтиотоксикологических исследований в нашей стране. В дискуссию включились гигиенисты школы профессора Г. В. Хлопина. Проведением серии тщательно исполненных опытов [379-381] они подтвердили высокую токсичность нефти для рыб и показали, что основным токсическим компонентом нефти и нефтепродуктов являются легкие предельные углеводороды и особенно нафтеновые кислоты. Наряду с этим Г. В. Хлопин [380] увидел в проблеме нефтяного загрязнения Волги не только рыбохозяйственные, но и санитарно-гигиенические аспекты. Постепенно санитарно-гигиеническое направление в изучении загрязнений внутренних водоемов стало приобретать ведущее значение. Однако для работ русских гигиенистов конца прошлого и первой половины текущего столетия характерна тесная связь с ихтиотокенкологическими и санитарно-гидробиологическимн исследованиями. Особая заслуга в этом принадлежит Г. В. Хлопину [380] и его ученику А. И. Мелкерту [225], впервые применившим метод биопроб, а точнее, метод рыбной пробы для санитарной характеристики хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. И в дальнейшем рыбы широко использовались в качестве тест-объекта для санитарной оценки сточных вод, поступающих во внутренние водоемы. В результате метод рыбной пробы принимается в качестве стандартного метода санитарных исследований токсичности сточных вод наряду с химическими и бактериологическими методами.

Так завершился первый этап становления ихтиотоксикологии, длившийся почти четверть века (1891-1915

гг.).

Второй этап становления ихтиотоксикологии охватывает 20-60-е годы текущего столетия, годы стремительного развития санн-тарно-гидробиологических и особенно санитарно-гигиенических исследований в нашей стране. Однако собственно ихтиотокенкологические исследования в этот период велись крайне неравномерно. Продолжались полевые наблюдения на различных рыбохозяйствен-ных водоемах. Они были необходимы для выявления масштабов и характера действия сточных вод различных отраслей промышленности на ихтиофауну и служили основой для разработки практических рекомендаций по охране рыбохозийственных водоемов от загрязнений [283, 284, 44, 288].

В 30-е годы возобновились экспериментальные исследования токсичности различных веществ, в частности фенолов, методом рыбной пробы [76, 310, 261]. На модели фенолыюй интоксикации подтверждены данные прежних авторов, полученные в опытах с нефтью, о существовании у рыб ярко выраженных видовых различий в устойчивости к токсикантам. Одновременно показано влияние феиольных сточных вод на вкус и запах мяса рыб.

Важный вклад в становление отечественной ихтиотоксикологии внесли С. Н. Скадовский [312, 313] и его ученики [31, 253, 261, 262, 311, 326, 337, 338, 233]. Ему принадлежит идея использования ряда биологических (рост, размножение, эмбриональное развитие) и некоторых физиологических показателей (интенсивность дыхания, потребления корма) для оценки реакции рыб на изменение физико-химических факторов водной среды

итоксического эффекта малых концентраций различных веществ. По существу, речь идет об усовершенствовании метода рыбной пробы, повышении его разрешающих способностей за счет использования более тонких показателей в сравнении с такой интегральной реакцией, какой является „выживаемость". На примере аммиака, сернокислой меди, а также сточных вод медио-аммиачиого производства искусственного волокна Н. С. Строганов

иА. Т. Пажитков [337] продемонстрировали плодотворность использования физиологических показателей для установления «пограничных концентраций» исследованных токсическнх веществ.

Всередине 40-х годов во ВНИОРХе (Всесоюзный научно-исследовательский институт озерного и речного рыбного хозяйства, ныне ГосНИОРХ) была создана первая в стране специализированная лаборатория по

изучению загрязнения рыбохозийственных водоемов. Коллектив этой лаборатории взял на вооружение так называемый комплексный метод исследования влияния ядов промышленных сточных вод на жизнь водоема в целом. Этот метод включает определение химического состава стоков, гидрологического режима водоема, изменения химизма водоема сточными водами, влияния загрязнений на качество и количество планктона, бентоса, высшей растительности и ихтиофауны, выживаемость различных гидробионтов при разных разведениях сточных вод, а также л а изменения в рыбном промысле. Это один из наиболее полных методов, но исключительная трудоемкость делает его малоопера-тнвным и недоступным, да и собственно ихтиотоксикологнческие опыты занимают в этом методе весьма скромное место [240, 73, 72].

В 50-е годы планомерные ихтиотоксикологнческие исследования развернуты в Петрозаводском университете под руководством Е. А. Веселова [38, .41]. Развивая идеи С. Н. Скадовского, Е. А. Веселов предпринял попытку разработать метод комплексных биологических тестов для оценки токсических свойств сточпых вод или отдельных химических веществ в кратчайшие сроки. Это была своевременная инициатива, поскольку с каждым десятилетием индустриального развития нашей страны количество поступающих в рыбохозяйственные водоемы токсических веществ увеличивается, а следовательно, возрастает и объем работы, которую необходимо провести по научному обоснованию рыбохозяйственных ПДК этих веществ. Однако ее не удалось реализовать. И по-прежнему в токсикологических опытах основное внимание уделялось длительному наблюдению за выживаемостью, размножением и плодовитостью гидробионтов [337, 328, 329]. .

Основы современного третьего этапа становления ихтиотоксикологии были заложены в 60-х годах сотрудниками Института биологии внутренних вод АН СССР. Центральное место в этих исследованиях заняло экспериментальное изучение общих закономерностей и механизмов действия токсикантов на рыб [156—158,

161—168, 190—194, 184, 185, 54, 55, 358, 368]. Результаты этих исследований обобщены в первой отечественной монографии по токсикологии рыб [163]. В ней предпринята попытка проанализировать многочисленные разрозненные экспериментальные данные по ихтиотоксикологии, оценить эффективность развивающихся во всем мире исследований этой области рыбохозяйственной науки, обосновать главные направления дальнейших исследований, определить их методологические основы. Особое внимание было уделено обоснованию представлений о физиологической норме организма, пороговой и предельно-допустимой концентрации веществ, методологических принципах их определения. Эти представления легли в основу развиваемой нами физиологобиохимической концепции определения ПДК [163, 177, 180, 181] и метода физиологб-биохимических индикаторов токсического действия химических веществ, разрешающие способности которого в десятки раз превосходят разрешающие способности метода рыбной пробы. При этом особо подчеркивалось, что выбор конкретной методики определения ПДК исследуемого вещества должен базироваться на знании токсикодинамики этого вещества, понимании механизма его действия, т. е. четком представлении о наиболее ранимой функции (функции-мишени) [177].

Нарастающая, острота проблемы предотвращения загрязнения внутренних водоемов, а также научное обоснование принципов и методов оценки токсичности веществ для рыб послужили новым стимулом стремительного развития ихтиотокеикологнческих исследований как за рубежом, так и в нашей стране. В 70-е. годы появилась большая серия обстоятельных работ, в которых представлены; новые доказательства плодотворности физиолого-биохимического-подхода к решению актуальных ихтиотокеикологнческих задач (15, 53, 255, 278, 216, 317, 3, 136, 117, 135, 221]. Дальнейшая разработка фнзиолого-биохимических аспектов ихтиотоксикологии весьма. успешно ведется в Институте гидробиологии АН УССР [206, 207, 208, 16), Институте биологии АН Латвийской ССР [91, 92, 371-374],. Институте биологии Карельского филиала АН СССР (305, 306, 307, 153, 60], Институте биологии внутренних йод АН СССР [211-220„ 361, 222, 223, 49, 50, 32] и ряде других научных учреждений. Теперь уже не приходится сомневаться в том, что это главное направление развития ихтиотокеикологнческих исследований, результаты которых должны быть положены в основу практических работ по биотестированию природных и сточных вод и регламентации поступающих в водоемы токсических веществ с помощью рыбохозяйственных ПДК.

МЕТОДЫ ИХТИОТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Долгое время единственным методом ихтиотокеикологнческих исследований был метод рыбной пробы (см. с. 23), заключающийся в определении токсичности вещества на основе факта гибели рыб, а испытуемом растворе с заданной концентрацией исследуемого вещества. Варьирование концентрации вещества при постоянном времени наблюдений за выживанием рыбы или изменение продолжительности опытов при постоянной концентрации позволяли однозначно решать вопрос о том, токсично или нет данное вещество, а также выявить явно недопустимую для жизни рыб концентрацию того или иного вещества, поступающего в рыбохозяйственный водоем. Продолжительность наблюдений за выживанием рыб ва первом этапе развития ихтиотоксикологии в опытах разных авторов колебалась от нескольких часов до нескольких суток.

Метод рыбной пробы сыграл решающую роль в доказательстве. самого факта токсичности различных химических веществ при их попадании в тот или иной водоем. В силу своей простоты и наглядности этот метод остается одним из основных для оценки степени токсичности различных веществ и ориентировочного, предварительного решения ряда практических вопросов.

Однако несмотря на многие достоинства метода рыбной пробы и прежде всего быстрое выявление токсичности веществ, удобство использования в лабораторных и полевых условиях, демонстративность и однозначность показателя «смертность», он имеет существенный недостаток: позволяет выявить лишь приближенную, весьма заниженную токсичность исследуемого вещества за тот короткий промежуток времени (как правило, несколько flifeu), в течение которого ставятся опыты по данному методу. В связи с этим его трудно использовать для надежного решения вопроса о пороговых и предельно допустимых концентрациях вредных веществ для ры-бохозяйственных водоемов.

Для преодоления возникших затруднений предложено несколько путей. Один из них был обоснован С. Н. Скадовским [312, 313] н его сотрудниками [31, 253, 261, 262, 311, 326, 337]. Исследуя влияние некоторых абиотических факторов водной среды (температура, рН, соленость) на жизнедеятельность рыб, они определяли выживаемость, рост, размножение, эмбриональное развитие, питание, газообмен и ряд других физиологических показателей (число эритроцитов, концентрацию гемоглобина). Так, в серии опытов, выполненных на разных видах рыб (карп, карась, окунь), было установлено, что содержание их в «подкисленной воде» (рН 4-5) вызывает резкое снижение привеса тела [31], снижение потребления корма, повышенное выделение азота [311], значительное уменьшение потребления кислорода и повышение дыхательного коэффициента (253), а также увеличение редоксипотенциала крови [262].

На основе этих материалов и возникла идея использования ряда биологических и физиологических показателей для оценки токсического влияния на рыб фенольных сточных вод [261], продуктов экстракции древесины [326] и некоторых других токсических веществ [337]. Опыты показали, что применение даже таких интегральных физиологических показателей, как прирост живой массы тела и газообмен, выявляет токсическое действие различных веществ при более низких их концентрациях и в более короткие сроки, чем это позволяет метод рыбной пробы. К сожалению, в дальнейшем весьма перспективное направление эколого-физиологических

исследований в токсикологии рыб не получило должного развития в работах сотрудников этой лаборатории, основное внимание которых было сосредоточено на так называемой биологической норме гидробионтов и их размножении [337, 328, 332].

Новую попытку внедрить биологические и физиологические тесты в рыбохозяйственную токсикологию предпринял Е. А. Веселов [38, 40, 41]. В серии опытов, выполненных в основном с фенолом и его производными, автор использовал около 20 тестов, которые были разбиты на пять групп: 1) изменения в приросте живой массы рыб; 2) газообмен рыб (потребление кислорода, ритм дыхательных движений); 3) пульсация сердца рыб и водных беспозвоночных; 4) тканевые и клеточные реакции; 5) выживаемость и симптомы отравления рыб и беспозвоночных. На основе экспериментальных данных Е.А. Веселов пришел к выводу, что чувствительность использованных им показателей, характеризующих реакцию рыб на токсические агенты, неодинакова. На первое место по чувствительности он ставит изменение темпа прироста живой массы рыб, на второе место — изменение газообмена и на третье место — выживаемость рыб и беспозвоночных в длительных опытах (от 10 до 30 сут). Выводы Е. А. Веселова полностью согласуются с данными, полученными в лаборатории С. Н. Скадовского в конце 30-х и начале 40-х годов, согласно которым физиологические показатели позволяют выявить токсический процесс в более сжатые сроки и при меньших концентрациях вещества, чем это имеет место даже в длительных опытах, поставленных по методу рыбной пробы.

Однако внедрение физиологических методов оценки токсичности веществ в практику исследований рыбохозяйственной токсикологии задержалось на несколько десятилетий. В 1941 г. была опубликована статья Н. С. Строганова «Новые пути решения проблемы действия сточных промышленных вод на водные организмы». Автор высказал несколько соображений, на основе которых, по его мнению, следует проводить токсикологические работы на гидробиоптах. Суть их сводилась к следующему. При постановке токсикологических опытов необходимо руководствоваться понятием биологической нормы организма, критерием которой служит сохранение вида. Отсюда «необходимо считать допустимой ту концентрацию токсического вещества в сточной воде, при которой будет сохранен данный вид полностью, т. е. при которой он не уничтожится и не будет находиться в подавленном (угнетенном) состоянии» (с. 19). И далее «при установлении допустимых концентраций ядовитых веществ сточной воды в водоеме мы должны, следовательно, исходить из требования — сохранить вид. С этой точки зрения выживаемость н размножение особей данного вида являются основными предпосылками сохранения вида. Физиологические процессы, протекающие в. организме, можно рассматривать преимущественно с точки зрения обеспечения выживаемости и размножения или даже только одного размножения, рассматривая саму выживаемость как необходимое условие размножения» (с. 19—20).

Именно в такой, весьма запутанной форме было сформулировано расплывчатое понятие «биологическая норма организма», которое с физиологической точки зрения не выдерживает самой доброжелательной критики. Однако и с общебиологических позиций такая постановка вопроса едва ли может быть правомерной. Ведь сохранность вида, его процветание или угнетение определяются состоянием не особи, а той или иной популяции в целом, населяющей данный водоем. Между тем естественное состояние популяции, ее, так сказать, норма определяется гармоничным сочетанием многих биологических показателей, таких, как темп роста, упитанность, уровень плодовитости и качество половых продуктов, возраст полового созревания, продолжительность жизни, половая и возрастная структура. Выхватывать из этого единства какой-то один, пусть даже такой важный показатель, как плодовитость и качество половых продуктов, — значит, допускать методологическую ошибку, неправильно ориентировать направление экспериментального поиска.

Действительно, ихтиотоксикология — наука экспериментальная, основным объектом ее исследования является особь, а не популяция. Изучать размножение рыб и влияние на него различных токсических веществ в экспериментальных (аквариальных) условиях — дело необычайно сложное. Видимо, этим обстоятельством в первую очередь следует объяснить отсутствие в рассматриваемой работе Н. С. Строганова каких-либо экспериментальных данных о возможности использования процесса размножения в качестве критерия токсичности того или иного вещества.

Лишь спустя почти четверть века Н. С. Строганов [328] предпринял попытку экспериментально обосновать старые представления о биологической норме. Сопоставляя результаты опытов по определению токсичности гексахлорбутадиепа, а также хлористых солей цинка, кадмия и некоторых других для дафний (Daphnia mnagna), автор приходит к выводу, что «критерием токсичности того или иного вещества для гидробионтов (разрядка наша

— В. Л.) в конечном итоге могут быть только плодовитость и качество потомства, если мы заинтересованы в сохранении биологической нормы у полезных для человека видов» (с. 1746—1747). Нетрудно видеть, что результаты опытов на единственном виде беспозвоночных животных перенесены сразу на всех гидробионтов, послужив основанием для столь широких обобщений. Да и сам автор в то время еще сомневался в универсальности предлагаемого им критерия токсичности. «Могут ли другие показатели выявить токсичность быстрее и в более легкой форме, чем плодовитость и качество потомства? — спрашивал он себя. — В принципе могут. Однако для этого необходимо сопоставить в длительном опыте плодовитость и качество потомства с каким-то другим предлагаемым показателем» (328, с. 1743). И далее: «Из приведенных нами материалов не следует, что мы предлагаем устанавливать предельно допустимые концентрации по плодовитости дафний. Мы хотим привлечь внимание и к принципиальной стороне проблемы. Дафнии как гидробионты с коротким биологическим циклом позволяют проследить влияние малых концентраций токсических веществ на плодовитость в ряде поколений (15-20 генераций). Чтобы проследить влияние таких веществ на рыб в продолжение 15 генераций, необходимо очень длительное время (разрядка наша — В. Л.). Например, для леща и