4 курс / Общая токсикология (доп.) / Toxikologia_ryb_Lukyanenko

растворах с несмертельными концентрациями. Если в начале опыта рыбы погибали при концентрации яда 5 мг/л, то в последующем они выдерживали от 9 до 36 мг/л (Le CLerc a. Devlamius, 1952; Degens et al., 1950). Букштейг и др. (1950) в опытах на окунях с фенолом обнаружили, что постепенное повышение концентрации яда с 6 до 13 мг/л на протяжении 7 дней приводило к некоторому повышению устойчивости окуней к концентрации фенола 18 мг/л. Время проявления токсического эффекта при этой концентрации фенола было в среднем 69 мин, что в 3,5 раза больше, чем у неадаптированных рыб (19,2 мин).

Учитывая большое значение рассматриваемого вопроса, мы предприняли специальную серию работ. Было поставлено пять серий опытов на карасях 2-3-летнего возраста весной 1964 г. Опыты проводились в принятых для нашей лаборатории стандартных условиях: температура 15° С, содержание кислорода 7-5 мг/л, рН 7,1-7,4, жесткость 10° Нем. До проведения основных опытов рыбы находились в больших 300-литровых плексигласовых аквариумах с заданной концентрацией фенола (1 или 5 мг/л). Контрольные караси содержались в чистой воде в таких же аквариумах. Через некоторое время определяли устойчивость подопытных и контрольных карасей к различным концентрациям фенола. Основные опыты проводили в 20-литровых аквариумах. Показателями устойчивости карасей к фенолу были время и процент гибели рыб в растворах 50, 100 и 200 мг/л (по 10 рыб в каждом).

В первой серии опытов этого цикла выявлено, что нахождение рыб на протяжении 15 дней в растворе 1 мг/л фенола не оказывало заметного влияния на их устойчивость к высоким концентрациям фенола. Результаты этих опытов представлены в табл. 17. Оказалось, что время гибели подопытных и контрольных рыб мало различаются между собой, т. е. не удалось выявить адаптационный эффект.

Таблица 17

Устойчивость карасей к фенолу после 15-дневного контакта с подпороговой концентрацией фенола (/ мг/л)

Во второй серии опытов концентрация фенола была увеличена с 1 до 5 мг/л, но время контакта рыб с ядом, несколько сократилось: с 15 до 10 дней. Как и в прежних опытах, выявить адаптацию рыб к фенолу не удалось

(табл. 18).

Таблица 18

Устойчивость карасей к фенолу после 10-дневного контакта с подпороговой концентрацией яда (5 мг/л)

Учитывая негативные результаты двух первых серий опытов, в третьей серии период предварительного контакта рыб с фенолом двух концентраций 1 и 5 мг/л был продлен до 25 дней. При этом была обнаружена адаптация. В качестве тестирующей концентрации яда использовали раствор фенола 100 мг/л. Оказалось, что при средней продолжительности жизни контрольных карасей 3 ч 37 мин подопытные рыбы погибли через 9 ч 14 мин (при выдерживании в растворе 1 мг/л) и через 7 ч 20 мин (при выдерживании в растворе 5 мг/л), т. е.

51

устойчивость к высоким концентрациям яда увеличилась более чем в два раза.

В четвертой и пятой сериях опытов подопытных карасей выдерживали предварительно в растворе фенола 1 мг/л в течение 45 дней. Оказалось (табл. 19), что рыбы выдержанные в низких концентрациях яда, были более устойчивыми к действию остротоксических концентраций.

Следует оговорить исход опытов с концентрацией фенола 200 мг/л. Из семи подопытных рыб за 24 ч наблюдений погибла только одна рыба, а шесть выжили. В последующие 24 ч при перенесении рыб в чистую воду у двух восстановился рефлекс равновесия. В растворах фенола 50 и 100 мг/л среди подопытных рыб погибло 30 и 50% (соответственно).

В пятой серии опытов, поставленной на карасях, выдержанных предварительно в растворе фенола 5 мг/л в течение 40 дней, у адаптированных рыб менялось не только время гибели в растворах с концентрациями фенола 50, 100 и 200 мг/л, но и процент гибели (табл. 20).

Таблица 20

Устойчивость карасей к фенолу после 40-дневного контакта с подпороговой концентрацией яда (5 мг/л)

В растворах со всеми испытуемыми концентрациями фенола гибла лишь часть адаптированных рыб, контрольных рыб гибло значительно больше. Важным дополнительным свидетельством адаптации карасей к фенолу служат результаты опытов, направленные, на определение степени обратимости отравленных подопытных рыб. Так, из девяти выживших карасей, находившихся 24 ч в растворе с концентрацией фенола 50 мг/л, после перенесения в чистую воду у восьми полностью восстановился рефлекс равновесия (88% против 52% в контроле). Из семи выживших карасей, находившихся 24 ч в растворе с концентрацией фенола 100 мг/л, восстановление рефлекса равновесия было отмечено в пяти случаях, т. е. у 70% рыб. Сходные результаты получены и в опытах с концентрацией фенола 200 мг/л, где восстановление рефлекса равновесия также достигало 70%.

При сопоставлении результатов четвертой и пятой серий опытов, в которых время адаптации рыб к яду было примерно одинаковым (40 и 45 дней), но существенно отличались подпороговые концентрации вещества (1 и 5 мг/л), адаптационный эффект оказался более выраженным при концентрации 5 мг/л. Следовательно, интенсивность воздействия подпороговой концентрации токсического агента имеет важное значение в перестройке организма и мобилизации защитных механизмов, определяющих повышение устойчивости рыб к яду. В двух последних сериях опытов вполне наглядно зыявилось значение концентрации яда в определении выраженности адаптационного эффекта. Анализ данных, полученных в трех первых сериях опытов, показывает,

52

что время контакта рыб с подпороговой концентрацией токсического агента также играет важную роль в приобретении организмом устойчивости к высоким концентрациям вещества. Стало быть, феномен адаптации рыб к ядам, его выраженность определяется двумя переменными: временем контакта и концентрацией яда. Чем выше подпороговая концентрация яда, тем короче время развития адаптации, и, наоборот, чем длительнее время контакта, тем меньшая концентрация способна вызвать адаптационную перестройку.

Но сколь длителен и постоянен активно вызванный адаптационный эффект? Приводит ли длительный контакт рыб с подпороговой концентрацией яда к постепенному подъему устойчивости организма и последующему отбору рыб на устойчивость к яду или же отмеченный феномен представляет собой всего лишь фазу резистентности общего адаптационного синдрома (ОАС), рассмотренного выше? Для решения этого принципиального вопроса была поставлена специальная серия опытов.

После 60 дней контакта рыб с подпороговой концентрацией фенола 5 мг/л карасей помещали в раствор с высокими концентрациями фенола. Устойчивость рыб к фенолу (табл. 21) значительно упала, по сравнению с уровнем, отмеченным в пятой серии опытов. В каждом растворе из трех испытанных концентраций все подопытные рыбы погибли. Кроме того, время гибели подопытных карасей оказалось заметно ниже в сравнении

сконтролем.

Врезультате этих опытов мы делаем предварительный вывод, что феномен адаптации рыб к ядам носит временный характер. Он представляет собой фазу резистентности в трехкомпонентной реакции организма на стрессирующее воздействие химической природы. Фаза эта, характеризующаяся временным повышением устойчивости организма к яду, сменяется фазой истощения, наступающей вследствие нарушения адаптационных механизмов, обусловленной длительным влиянием раздражителя чрезвычайной напряженности. Временный характер феномена адаптации надо учитывать при экстраполяции данных, полученных в аквариумах, на рыб в естественных водоемах в условиях постоянного и длительного контакта с малыми концентрациями ядов промышленных сточных вод.

Таблица 21

Устойчивость карасей к фенолу после 60-дневного контакта с подпороговой концентрацией яда (5 мг/л)

Однако фаза истощения сменяет фазу резистентности лишь в условиях продолжающегося воздействия токсического агента, а если этот контакт прервать, то жизнедеятельность рыб сохраняется без видимых последствий. С этой точки зрения изучение явления временной адаптации к ядам, помимо теоретического интереса, приобретает практическое значение, ибо позволяет прогнозировать исход и возможные последствия контакта рыб с малыми концентрациями ядов в водоеме. Многое при этом зависит от группы сбрасываемых веществ. По-видимому, временная адаптация рыб к ядам более вероятна в случае контакта с веществами органического ряда. Токсическое действие большинства из них реализуется через центральную нервную систему рыб, вследствие чего наблюдаются функциональные сдвиги, которые могут быть обратимы и нейтрализованы компенсаторными реакциями организма. Менее вероятна адаптация рыб к ядам неорганической природы, таким, как кислоты и щелочи, тяжелые металлы и некоторые другие, действие которых сопровождается локальными поражениями органической природы.

Практическое значение этого вопроса становится наиболее очевидным при изучении адаптации икры к ядам органической природы. Известно, что многие нерестилища ценных промысловых видов рыб подвержены хроническим загрязнениям ядами промышленных сточных вод. В этом случае чрезвычайно важно определить, в какой мере кратковременный контакт с ядом отражается на ранних стадиях онтогенеза, ибо в дальнейшем мальки покидают загрязненные места, скатываясь в реку и море. В ходе наблюдений над развитием икры синца в растворах фенола мы (Володин, Лукьяненко и Флеров, 1965, 1966) поставили задачу проследить, как влияет предварительная инкубация икры при низком содержании фенола в воде на выживаемость выклюнувшихся эмбрионов при более высоких концентрациях данного яда. 150 эмбрионов, выклюнувшихся из икры, развитие которой от начала дробления до выклева происходило при концентрации 5 мг/л, а также эмбрионы из икры, развившейся в чистой воде, были помещены в растворы фенола 150 и 100 мг/л. Во всех случаях были взяты

53

совершенно нормальные эмбрионы. Эмбрионы, развившиеся в слабом растворе фенола, при повышении его концентрации оказались более резистентными, чем развившиеся в чистой воде (табл. 22). В растворе фенола 150 мг/л неадаптированные эмбрионы погибли почти в два раза быстрее, чем адаптированные, а при концентрации 100 мг/л среди адаптированных эмбрионов гибель вообще не наблюдалась за весь период эксперимента.

Таблица 22

Выживаемость адаптированных и неадаптированных эмбрионов в растворах фенола

Примечание. Через 48 ч после начала эксперимента у контрольных эмбрионов наполнился воздухом плавательный пузырь. Эмбрионы перешли на смешанное питание и опыт был прекращен.

Результаты этих опытов показывают, что на ранних этапах онтогенеза у рыб можно вызвать временную адаптацию к токсическому действию некоторых ядов.

По-видимому, при изучении длительного влияния на рыб малых концентраций ядов промышленных сточных вод скорее придется считаться с нарастанием токсического процесса по мере увеличения контакта рыб с ядом, чем возможной адаптацией к нему. Здесь на первый план должно быть поставлено изучение кумуляции яда

ворганизме рыб и других гидробионтов. Почти 30 лет назад В. И. Вернадский (1929) выявил принципиально важный факт: гидробионты способны аккумулировать растворенные вещества, причем аккумуляция достигает огромных величин - на 5-6 порядков больше, чем растворено в воде. В последующем был собран огромный материал по аккумуляции рыбами и другими гидробионтами различных радионуклидов. Широкое развитие получили работы, направленные на выявление коэффициентов накопления радионуклидов, показывающие «во сколько раз концентрация химического элемента или его радиоизотопа в гидробионте больше, чем в воде» (Поликарпов, 1964, с. 30). Величина накопления гидробионтами радиоактивных веществ определяется временем нахождения гидробионта в растворе (Телитченко, 1958), а также функциональным состоянием организма. (Телитченко, 1962 а).

Обычно под явлением кумуляции понимают накопление в организме токсического вещества или вызванных им эффектов. Различают кумуляцию материальную, т. е, накопление вещества, и функциональную - накопление токсических эффектов. При хроническом влиянии ядов на рыб, особенно ядов внутреннего действия,

ворганизм рыбы попадает X количества токсического агента, а выводится или разрушается за равный промежуток времени Y этого агента. Если Y < Х, то в организме по истечении каждых суток останется X - Y = Z токсического агента, т. е. количество яда, которое само по себе не может вызвать каких-либо признаков интоксикации. По мере накопления в организме таких количеств яда, предположим за 20 суток, количество накопившегося яда составит 20 Z, т. е. концентрацию, способную вызывать токсический эффект. Скорость и выраженность кумуляции зависит от многих переменных, среди которых следует назвать физико-химические свойства вещества, концентрацию яда, время действия, скорость выделения или разрушения в организме, физиологическое состояние организма и другие. Можно предполагать, что кумулироваться способен любой токсический агент, скорость выделения которого ниже скорости поступления в организм. Существуют два основных метода определения скорости удаления яда из организма. Один из них - определение количества вещества, выделяющегося каким-либо одним органом, например почками или кишечником. Другой - определение концентрации яда в крови. Если исчезновение вещества из крови идет по экспоненциальной кривой, то концентрацию вещества в крови (Y) через t мин после разового введения (при условии, что вещество не депонируется в организме) можно рассчитать по формуле

54

Y = Y0e-kt,

где Y0 - начальная концентрация вещества в крови;

k - константа скорости выделения вещества (определяется опытным путем); е - основание натуральных логарифмов.

Интерес представляет не только концентрация выведенного из организма яда, но и скорость его выделения или время исчезновения из крови половины поступившего яда (Т50% )

где Y1 и Y2 - содержание вещества в крови в моменты t1 и t2 после его попадания в организм (Dost, 1954).

Следует отметить, что в зависимости от физико-химических свойств исследуемого вещества может быть либо материальная кумуляция, либо функциональная, а в отдельных случаях и та и другая.

Примером функциональной кумуляции может быть свинцовое отравление. Другие соли тяжелых металлов оказывают токсическое действие на организм в малых концентрациях посредством материальной кумуляции. Функциональная кумуляция встречается чаще, чем материальная. Функциональная кумуляция особенно опасна, так как она может иметь место даже при действии препаратов, быстро разрушающихся и выделяющихся из организма. В этом случае после каждого попадания яда в организм сохраняется следовая реакция, которая суммируется с последующей, что приводит к токсическому эффекту. Большинство клеточных и знзиматических ядов действуют посредством функциональной кумуляции. Высокотоксичные для рыб фосфорорганические инсектициды представляют собой энзиматические яды.

Можно предположить, что при хроническом воздействии малыми концентрациями они приведут к развитию функциональной кумуляции.

Экспериментальное изучение кумуляционного эффекта в опытах на рыбах не проводилось. Мы поставили ориентировочные опыты на модели фенольной интоксикации личинок леща. Опыты проводились по двум схемам. В первой схеме личинки (этап С2) подвергались ежедневному воздействию фенолом в концентрации 15 мг/л, на протяжении 6 ч, после чего их помещали в чистую воду. Через 10 дней подопытные рыбы были разбиты на две подгруппы и помещены в остротоксичные растворы фенола 50 и 100 мг/л. Личинки гибли при концентрации яда 50 мг/л через 16 ч (в контроле через 34 ч), а при концентрации 100 мг/л - через 2 ч 15 мин (в контроле через 7 ч). Следовательно, устойчивость подопытных личинок леща оказалась в 2-3 раза ниже, чем контрольных, т. е. проявился кумуляционный эффект, природу которого пока определить трудно.

Во второй схеме опытов подопытных личинок леща (этап С2) предварительно выдерживали в растворе фенола 10 мг/л на протяжении 10 дней, после чего погружали в растворы с более высокой концентрацией яда: 50 и 100 мг/л. В этом случае также значительно укорачивалось время гибели обработанных рыб по сравнению с контрольными.

Подопытные рыбы в растворе фенола 50 мг/л гибли через 9 ч (в контроле через 28 ч), а в растворе фенола 100 мг/л - через 1 ч 35 мин (контрольные через 6 ч 20 мин).

Полученные данные вносят необходимые коррективы в понимание роли концентрации токсического вещества в формировании адаптационного эффекта рыб к ядам. Так, временная адаптация рыб к фенолу возможна только при действии, относительно низких концентраций яда 1-5 мг/л, при дальнейшем повышении концентрации до 10-15 мг/л появляется кумуляционный эффект.

Результаты наших опытов позволяют считать, что кумуляционный эффект может иметь существенное значение в определении уровня устойчивости рыб к ядам промышленных сточных вод. Поэтому при установлении биологических нормативов сброса промышленных сточных вод в рыбохозяйственные водоемы необходимо делать соответствующие поправки для предельно допустимых концентраций различных компонентов промышленных сточных вод, учитывая возможность их материальной или функциональной кумуляции.

55

Раздел II

ЗНАЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ В ОПРЕДЕЛЕНИИ УСТОЙЧИВОСТИ РЫБ К ЯДАМ ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ

Температура - важнейший фактор водной среды, играющий ведущую роль в обеспечении нормального хода процессов жизнедеятельности и поведения рыб. Поэтому при рассмотрении взаимоотношений между концентрацией токсического вещества и временем гибели рыб, характеризующим степень устойчивости данного вида, прежде всего надо учитывать температурный фактор, определяющий интенсивность обменных процессов и, в конечном счете, уровень чувствительности и устойчивости рыб к различным ядам промышленных сточных вод. Речь пойдет не только о температуре как факторе, изменяющем устойчивость рыб к ядам при постоянной концентрации и времени контакта, но и температуре как еасостоятельном повреждающем агенте, в случае сброса в водоем нагретых сточных вод тепловых электростанций и промышленных предприятий.

Рыбы относятся к пойкилотермным животным, характеризующимся непостоянной температурой тела, следующей за изменениями температуры окружающей воды. Диапазон температурных условий существования рыб чрезвычайно велик. Крайние температурные лимиты жизнедеятельности рыб исключительно велики (от -2°

Сдо +52°С). Наряду с этим важное значение имеет амплитуда колебаний температуры воды, которую рыбы способны перенести без нарушения жизнедеятельности. Различают рыб стенотермных, приспособленных к узкой амплитуде колебаний температуры (5-7° С) и эвритермных - способных вынести широкие колебания температуры (несколько десятков градусов). Как правило, тропические и субтропические рыбы, а также морские более стенотерм-ны, чем пресноводные и рыбы средних широт. Способность рыб переносить ту или иную амплитуду колебаний температур и приспособленность к этим колебаниям играет ведущую роль не только в определении уровня метаболизма и распределения рыб в водоеме, но и определяет их устойчивость к температурному фактору в случае его резких колебаний. Резкие изменения температуры воды в естественных водоемах часто приводят к массовой гибели промысловых видов рыб, таких, как форель, белорыбица, пикша, треска, сельдь и др.

Всвязи с этим устойчивость рыб к высоким и низким температурам, а также адаптация рыб к этим температурам стали предметом специального изучения (Fry, Brett, CLawson, 1942; Brett, 1944; Doudoroff, 1942, Hlart, 1947; Fry, Hart, Walker, 1946). В этих работах показано, что в результате постепенной адаптации к высоким температурам можно повысить верхние температурные границы до 41°С для золотой рыбки (Carassius auratus),

до 37,5°С для сомика (Atnei-urus nebulosus), до 29-31°С для окуня (Perca fluviaiilis flavescens), до 25,3°С для американской палии (Salvelinius fontinalis), до 23,8- 25,1°С для пяти видов лососей. По терминологии Ф. Фрая (Fry et al., 1946; Fry, 1947) это «верхние начальные минимальные летальные температуры», которые могут быть перенесены 50% испытуемых рыб после оптимальной адаптации. Рыбы, адаптированные к высоким температурам, способны вынести кратковременное влияние более высоких температур без видимых повреждений. При этом меняется и верхняя минимальная летальная граница. Д. Бретт (Brett, 1946) показал, что у золотой рыбки, адаптированной к 12°С, верхняя минимальная летальная температура увеличивалась на 3°С по сравнению с контрольными рыбами, находившимися при 4°С. Однако после адаптации к пониженным температурам устойчивость к высоким температурам значительно снижается и рыбы быстро гибнут при высоких температурах, далеко отстоящих от верхних минимальных летальных температур. По-видимому, имеется своего рода оптимальная температура для тепловой адаптации рыб и дальнейшее повышение этой температуры не приводит к увеличению терморезистентности адаптируемых рыб. Так, например, оптимальная температура тепловой адаптации для золотой рыбки и некоторых других видов оказалась равной 20°С. После тепловой адаптации к этой температуре подопытные рыбы переносили повышенные температуры до 34,8°С. Дальнейшее повышение температуры тепловой адаптации практически не меняло верхнего предела терморезистентности этих рыб. По наблюдениям Д. Харта (Hart, 1952), изменение температуры тепловой адаптации от 20 до 35°С для Gambusia affinus практически не меняло верхнего предела терморезистентности этих рыб, который был равен 37,3° С в обоих случаях. Если же температура тепловой адаптации была ниже 20°С (10 или 15°С), то верхний предел терморезистентности значительно падал.

Некоторые авторы (Brett, 1944; Hart, 1952) отмечают значительную сезонную и географическую изменчивость терморезистентности рыб. Летом рыбы характеризуются более высокой терморезистентностью, чем зимой. Так, сомик Ameiurus nebulosus летом имеет верхнюю летальную температуру 35-36°С, а зимой на 7°

Сниже. Следовательно, сбросы теплой воды в водоемы, которые могут остаться незамеченными летом, зимой могут вызвать катастрофу. Д. Харт (1952) обнаружил также существование сезонной изменчивости терморезистентности рыб после тепловой адаптации, однако П. Дудоров (1957) считает, что эти различия обусловлены неполнотой адаптации.

Значительный интерес представляет вопрос о скорости адаптации рыб к высоким температурам. Ф. Самнер и П. Дудоров (Sumner, Doudoroff, 1938), П. Дудоров (1942) и Д. Бретт (1944, 1946) считают, что повышение терморезистентности путем постепенного подъема температуры воды от умеренно низких к высоким достигается весьма быстро. Этому процессу предшествует определенный латентный период, исчисляемый одним

56

или несколькими днями. Чаще всего процесс повышения терморезистентности завершается к третьему дню. После адаптации к высоким температурам рыба теряет устойчивость к относительно низким температурам, но после трехдневной реадаптации вновь становится устойчивой к этим температурам. Скорость адаптации к высоким температурам зависит от температуры тепловой адаптации. По данным Д. Бретта (1946), с увеличением температуры тепловой адаптации увеличивается скорость повышения теплоустойчивости золотых рыбок. Скорость адаптации зависит и от количества растворенного кислорода и понижается с уменьшением его содержания в воде (Brett, 1944).

Вопрос о степени устойчивости рыб к низким температурам значительно менее изучен. Многие рыбы способны переносить весьма низкие температуры, близкие к точке замерзания. Вместе с тем резкое снижение температуры может привести к массовой гибели рыб и выступить в роли ведущего фактора, лимитирующего распространение морских рыб, изменяющего основные йроцессы жизнедеятельности и поведения.

Нижний уровень температур, к которому могут быть адаптированы рыбы, не установлен, но имеющиеся экспериментальные данные показывают, что многие морские формы и некоторые тропические пресноводные рыбы чрезвычайно чувствительны к низким температурам. Даже после адаптации к температурам близким к 0°С они не могут перенести дальнейшее незначительное понижение температуры. Устойчивость к низким температурам значительно падает после предварительной адаптации к умеренно высоким температурам. Температура выше 0°С вызывает в этом случае гибель золотой рыбки (Fry et al., 1942), сомика (Brett, 1944), речной форели (Fry et al., 1946). Некоторые виды лососевых гибнут при температуре 0°С после адаптации к температурам 5-10°С (Brett, 1952). Гибель при крайне низких температурах наступает весьма быстро, но при температуре в диапазоне 2-5°С она может наступить только через несколько дней. П. Дудоров (1945) установил, что гибель Fundulus parvipinnis при понижении температуры можно задержать путем разбавления морской воды дистиллированной. Это наблюдение было подтверждено в опытах на лососях Д. Бреттом (1952), обнаружившим, что рыбы лучше переносят низкие температуры в разбавленной морской воде, чем в пресной.

П. Дудоров (1942) на Girella nigricans установил, что после более или менее выраженного изменения температуры (в естественных условиях) устойчивость рыб к низким температурам начинает изменяться лишь спустя 2-3 суток, а полная адаптация развивается лишь через 20 дней. По-видимому, изменения терморезистентности рыб к высоким и низким температурам - независимые феномены, так как скорость адаптации и длительность ее сохранения в этих двух областях температур различные.

Резкий перепад температур, встречающийся в естественных водоемах или обусловленный сбросом нагретых сточных вод, приводит к гибели рыб и представляет собой серьезную угрозу рыбному хозяйству. Сброс нагретых сточных вод в рыбохозяйственный водоем одинаково опасен как зимой, так и летом (Alabaster, 1963). Автор исследовал влияние нагретых сточных вод (на 6-9°С по сравнению с речной водой) на радужную форель, кумжу, окуня, плотву, леща, красноперку, линя и пескаря, предварительно адаптированных к ряду температур: 6,15, 20 и 25° С. Опыты показали, что сброс нагретых сточных вод в реку губителен даже для рыб, адаптированных к летним температурам. Смертельное действие нагретых сточных вод на рыб значительно усиливается зимой.

Сезонные и суточные колебания температуры воды, а также перепад температур, вызванный сбросом сточных вод, не оказывая прямого губительного влияния на рыб, могут существенно изменить их устойчивость к ядам промышленных сточных вод путем изменения интенсивности обмена. Известно, что интенсивность обмена зависит от температуры воды, но количественная сторона этой зависимости остро дискутируется уже почти полвека. А. Крог (Krogh, 1916) установил, что зависимость интенсивности обмена, показателем которой служила скорость потребления кислорода, выражается экспоненциальной кривой или «нормальной кривой Крога». Критический анализ всей последующей литературы позволил Г. Г. Винбергу (1956) прийти к выводу, что «общий характер зависимости интенсивности основного обмена от температуры у рыб самого различного систематического положения, возраста и размера с достаточной для практических целей точностью передается эмпирически полученной и подтвержденной большим материалом закономерностью, выражаемой «нормальной кривой» (с. 50). Следует иметь также в виду, что среди многочисленных моментов, откладывающих заметный отпечаток на выраженность зависимости обмена от температуры и тем самым на форму «нормальной кривой», ведущая роль принадлежит температурной адаптации, при которой зависимость обмена от температуры несколько ослабляется (Строганов, 1956, 1962).

Установлено, что в известном диапазоне температур обмен рыб изменяется пропорционально температуре. Д. Джонс (Jones, 1957) показал, что увеличение температуры на 10°С приводит к возрастанию потребления кислорода в 2,7 раза от начальной величины. Следовательно, изменение интенсивности потребления кислорода при изменении температуры соответствует в известной мере правилу Вант-Гоффа, согласно которому повышение температуры на 10°С увеличивает скорость химических реакций в 2-3 раза. Предложены специальные формулы расчета зависимости скорости газообмена от температуры, среди которых наиболее известна формула ВантГоффа:

57

где К1 и K2 - скорость обмена при температуре t1 и t2.

Данные, накопленные физиологами и экологами по зависимости уровня обмена рыб от температуры, позволили предположить, что температурный фактор должен играть важную роль в определении скорости гибели и величины пороговой концентрации токсического вещества в водоеме.

Уже первые, опыты в этом направлении (Powers, 1917, 1920, 1921; Carpenter, 1927; Belding, 1929) показали,

что температура играет решающую роль в определении устойчивости рыб к ядам при неизменной концентрации и времени контакта. Установлено, что время выживания рыб в летальных растворах солей некоторых металлов, таких, как Li, Na, Са, Ва, Mg и РЬ, увеличивается при низких температурах и сокращается при высоких. Е. Пауэре (1921) показал, что 1,7 мг/л Ва (ВаСЬ) убивает рыб менее чем за 9 ч при температуре ниже 15°С, а при более высокой температуре - за неполных 2 ч. Аналогичные результаты получены и в опытах с хлористым литием (Li). Д. Бэлдинг (1929) выявил важную роль температурного фактора в определении уровня устойчивости рыб к сероводороду, токсическое действие которого понижается при низкой температуре.

Температурный фактор определяет уровень устойчивости не только к специфическим токсическим веществам, но и меняет устойчивость рыб к недостатку кислорода, а также к избытку углекислоты (Ивлев, 1938). С увеличением температуры падает устойчивость карпа к нижней концентрации кислорода: от 0,8 мг/л при 1°С до 1,3 мг/л при 30°С. Еще более выразительные данные были получены В. С. Ивлевым в опытах с углекислотой. Летальная концентрация СO2 снижается с 120 мг/л при 1°С до 55 мг/л при 30°С.

В работах последнего времени (Cairns a. Scheier, 1957; Lloid, 1960; Boetius, 1961) получены важные дополнения и уточнения роли температуры в определении уровня устойчивости рыб к солям тяжелых металлов (Zn, Pb, Hg). Р. Ллойд (1960) в опытах с сернокислым цинком на радужной форели показал, что повышение температуры сокращает время гибели рыб, но не отражается на величине пороговой концентрации. Несколько ранее к этому выводу пришли Клеменс и Джонс (CLemens a Jones, 1954), изучая токсичность соленой воды из нефтяного источника при температуре 8 и 23-26°С. Порог токсичности не менялся, но скорость гибели возрастала с увеличением температуры.

Имеются попытки конкретизации зависимости скорости развития токсического процесса и времени гибели подопытных рыб при изменении температуры на 10°С. Ф. Хопер и А. Гженда (Hooper и Gvbenda, 1955) обнаружили, что увеличение температуры с 10 до 24°С снизило устойчивость рыб к токсафену в три раза. В сообщении Д. Бетиуса (Boetius, 1961) излагаются результаты определения токсического действия хлористой ртути (HgCb) и фенилртутного ацетата (СбН5НдООССНз) на различные виды рыб: Tilapia natalen-sis, Salmo gairdneri, Gasterosteus aculeatus. На примере Enpomotis gibbosus автор обнаружил, что токсическое действие хлористой ртути при увеличении температуры на 10°С определяется при прочих равных условиях также и концентрацией токсического агента. Так, при концентрации HgCb 5 мг/л токсичность возрастает в три раза, а при 30 мг/л только в 1,9 раза. Это наблюдение выявляет специфику токсического процесса и его зависимость не только от инсентив-ности метаболизма, но и особенностей токсического агента, его концентрации.

Дудоров (1957) считает, что среднее время выживания рыб в токсических растворах различных металлов уменьшается на 50% с увеличением температуры на 10°С, но правило это не универсально.

Значительный интерес представляют опыты, направленные на выявление путей, по которым реализуется влияние температурного фактора на устойчивость рыб к ядам. Первые данные, полученные Д. Кордье и Д. Ворбе (Cordier, Worbe, 1954а) на плотве, показали, что с изменением температуры в интервале от 4,5 до 23°С изменяется проницаемость тканей к алкоголю. Показателем изменения проницаемости тканей служило соотношение концентрации алкоголя в организме и окружающей среде. Авторы отметили повышение проницаемости тканей с увеличением температуры, причем предварительная адаптация к той или иной температуре не отражалась на степени проницаемости тканей. Японские исследователи Миура и Цунасимо в опытах с радиоактивным цинком (Zn65) на серебряных карасях в основных чертах подтвердили выводы Д. Кордье и Д. Ворбе, показав, что с увеличением температуры от 2-4° С до 22-24° С содержание Zn65 во внутренних органах и тканях возрастало. Наряду с этим отмечена независимость содержания Zn65 в костях рыб от температуры. Сходные результаты получены М. М. Телитченко (1962а) при изучении накопления рыбами (карпы И золотые рыбки) стронция-90. С увеличением температуры нарастает содержание стронция в различных органах и тканях (табл. 23).

Таблица 23

Влияние температуры на процесс накопления рыбамирадиостронция (по Телитченко, 1962)

58

Это, вероятно, связано с тем, что высокие температуры увеличивают интенсивность обмена, проницаемость тканей и их способность аккумулировать токсические вещества.

Изложенные данные получены главным образом в опытах с ядами неорганической природы. Значительно менее изучен вопрос о роли температурного фактора в определении устойчивости рыб к ядам органического ряда. В наблюдениях С. Гуднайта (Goodnight, 1942) обнаружено, что устойчивость восьми видов рыб к токсическому действию натриевой соли пентахлорфенола не менялась при увеличении температуры от 9 до 24°С. Работами Н. А. Мосевича и др. (1952), В. Букштейга и др. (1955), Е. А. Веселова (1957) выявлена связь между устойчивостью рыб к ядам органического ряда и температурой. Так, например, Н. А. Мосевич и др. (1952) выявили зависимость устойчивости карпов к фенолу от температуры. В растворе фенола 175 мг/л карпы выживали в течение 1 ч при температуре 10°С, а повышение температуры до 20°С сократило время выживания более чем в дза раза. В опытах В. Букштейга и др. (1955) изменение температуры на 10°С (от 15 до 25°С) приводит к заметному сокращению времени проявления токсического эффекта на окунях. В диапазоне концентраций от 12 до 20 мг/л время проявления токсического действия фенола при 15°С больше, чем при 25°С, примерно в 1,5 раза. Более выразительные данные по влиянию температуры на токсичность смеси фенола с крезолом приведены в работе Е. А. Веселова (1957). В смеси фенола с метакрезолом в концентрации 70 мг/л при температуре 13-15°С караси жили в течение трех суток. Повышение температуры на 3°С (с 15 до 18°С) резко увеличило токсичность смеси (в 1,7 раза) - испытуемые рыбы погибли за 20-48 ч при концентрации 50 мг/л. При температуре 22°С резко сократилась (в 4,4 раза) продолжительность жизни испытуемых карасей, главным образом в растворах с высокой концентрацией яда (100 мг/л и выше).

Несколько неожиданные результаты получены в опытах по определению устойчивости карасей к смеси фенола с трикрезолом при температурах 5 и 13-15°С. При температуре 5°С караси погибали за 4 ч в растворе 250 мг/л, а с увеличением температуры до 1315°С все караси погибали только при концентрации смеси 320 мг/л (за 24 ч). Иными словами, устойчивость карасей в опытах Е. А. Веселова при умеренных температурах оказалось выше, чем при низких. Объяснение этому парадоксальному явлению следует искать в сезонных колебаниях токсикорезистентности рыб. Согласно нашим данным, уровень устойчивости рыб к ядам при низких и высоких температурах в значительной мере определяется сезоном проведения опытов. Летом устойчивость рыб к ядам при искусственно созданных низких температурах не только не возрастает, но имеет отчетливую, хотя и статистически недостоверную тенденцию к снижению. Устойчивость рыб к ядам при высоких температурах в летних опытах также снижается менее выразительно, чем в зимних испытаниях.

Возникает вопрос и о влиянии предварительной адаптации рыб к той или иной температуре на уровень их устойчивости к ядам. Наконец, остается открытым вопрос о влиянии изменения температуры на величину пороговой концентрации, вызывающей какой-либо токсический или летальный эффект. Мы уже упоминали, что опытные данные ряда авторов приводили к предварительному выводу, что температурный фактор изменяет преимущественно динамику развития токсического процесса во времени (ускоряя или замедляя) и в меньшей мере или совсем не оказывает влияния на пороговые токсические концентрации. Естественно предположить, что токсичность различных компонентов промышленных сточных вод может резко увеличиться с повышением температуры в водоеме.

Для экспериментального разрешения поставленных вопросов были проведены (совместно с Б. А. Флеровым) три серии опытов, выполненных на 300 карасях 2-3-летнего возраста. Каждая серия объединяет пять групп опытов, проведенных при температурах: 5, 10, 15, 20 и 25°С. Предварительно было установлено, что крайние величины нижних и верхних температур не оказывают заметного влияния на поведение рыб.

Устойчивость рыб к яду определяли по проценту и времени их гибели в токсических растворах фенола трех концентраций: 25, 100 и 400 мг/л. Это позволило выявить характер зависимости между устойчивостью рыб и температурой как в области нижних, так и в области верхних летальных концентраций. Помимо этих двух индикаторов, обычно используемых в наших опытах (Лукьяненко к Флеров, 1963а), измерялся латентный период наступления первой фазы фенолыюй интоксикации - фазы повышенной двигательной активности (Лукьяненко, 1965). Учитывалась также динамика изменений величины латентного периода интоксикации при различных температурах. Эксперименты проводились в специальном 60-литровом аквариуме с вмонтированным в него ультратермостатом типа NB, позволяющим удерживать заданную температуру воды с точностью до 0,1°С. Вода аэрировалась. Температура воды в экспериментальном аквариуме была такой же, как и в аквариальной (5-7°С). После того как рыб пересаживали в аквариум, включали подогрев. Температуру до заданной величины

59

поднимали в течение получаса и рыбы адаптировались к ней еще в течение 1-2 ч. Температурного шока, вызываемого резкой сменой температур, мы не наблюдали. Опыты проводили в течение 48 ч. Полученные материалы подвергали статистической обработке с помощью непараметрического критерия Вилкоксона.

Результаты опытов, проведенных с концентрацией фенола 25 мг/л показали (табл. 24), что процент гибели испытуемых карасей при изменении температуры на 10°С в области нижних (5- 15°С) и верхних (15-25°С) величин существенно не изменился. В противоположность этому, время гибели рыб при температурах 15, 20 и 25°С оказалось различным - 9, 14 и 3.5 ч (соответственно).

Учитывая, что процент погибших рыб был невелик, нельзя без риска утверждать, что высокие температуры снижают, а низкие увеличивают время'гибели рыб под влиянием пороговой летальной концентрации (25 мг/л).

Более иллюстративные данные получены при измерении латентного периода интоксикации. Увеличение температуры с 5 до 15°С привело к сокращению латентного периода в 1,3 раза, а дальнейшее ее возрастание с 15 до 25°С - в 4 раза. Следует отметить, что нарастание температуры с 15 до 20°С оказало большее влияние на латентный период (в 2,6 раза), чем увеличение температуры с 5 до 15°С (в 1,3 раза).

Температура раствора оказывает заметное влияние на скорость появления первых признаков отравления и, в частности, на время развития фазы повышенной двигательной активности.

Задача двух последующих серий опытов - определить характер и выраженность изменений времени гибели рыб при изменении температуры. Изменение температуры токсического раствора фенола 100 мг/л приводило к существенным сдвигам не только времени гибели рыб, но и исхода токсического процесса (табл. 25).

Исключительный интерес представляют данные испытаний токсичности фенола при 5 и 10°С. При 5°С все караси на протяжении 48 ч наблюдений выжили, а при 10°С погибла незначительная часть-10%. Оставшиеся 90% подопытных рыб по истечении срока наблюдений находились в боковом положении (вторая фаза феноль-ной интоксикации). После помещения их в чистую воду1 наступала полная обратимость интоксикации - рефлекс равновесия восстанавливался.

Эти опыты показывают решающую роль температурного фактора не только в определении времени гибели рыб, но и самого исхода отравления токсическими компонентами промышленных сточных вод. Одновременно они подтверждают высказанное нами предположение, что токсичность некоторых концентраций яда может маскироваться низкой температурой и проявляться при повышении ее. Это подтверждают результаты дальнейшего подъема температуры на 5°С (с 10 до 15°С), при котором резко увеличился процент гибели испытуемых рыб. Исход опытов при температуре 15°С заметно отличается от данных, полученных нами (Лукьяненко и Флеров, 1963а) зимой 1961/62 г., когда концентрация фенола 100 мг/л при температуре 15°С вызывала 100%-ную гибель карасей за 4-5,5 ч. Поскольку все условия проведения опытов (уровень кислородного насыщения, жесткость, величина рН, температура раствора, сезон, масса и возраст) были примерно равными,

60