Известно, что моллюски, обитающие в реках и озерах, зарекомендовали себя неутомимыми чистильщиками водоемов. Но их можно использовать и в роли естественных биосенсоров, определяющих наличие и степень токсичности химических соединений, содержащихся в воде. Исследованиями в этой области занимаются сотрудники лаборатории мониторинга водных экосистем Пущинского государственного естественно-научного института совместно с учеными Института органической химии (ИОХ) им. Н.Д.Зелинского РАН.
— В мире уже давно используют водных обитателей при решении экологических проблем, — рассказывает заведующий лабораторией Петр Машкин. — Например, в Норвегии созданы промышленные установки с мидиями в качестве индикаторов. Контейнеры с ними устанавливают на буях, в месте расположения подводных нефтепроводов. В случае ухудшения состояния моллюсков аппаратура автоматически посылает радиосигнал тревоги наземным службам и начинается поиск источников загрязнения воды.
В России этих обитателей водоемов тоже используют в исследованиях, связанных с вопросами экологической безопасности. Интересные технологии и соответствующая установка разработаны МГУП “Мосводоканал” в альянсе с Институтом проблем экологии и эволюции РАН и МГУ. “Мосводоканал” будет использовать их для контроля качества речной воды, забираемой на очистку. С созданием такой установки сразу встает задача определить, какие из различных видов двустворчатых моллюсков (в частности, перловиц и беззубок) могут служить наиболее подходящими индикаторами. Другая проблема связана с их отловом: придется находить чистые участки рек, где моллюски еще не приспособились к загрязнениям и потому особенно чувствительны к ним. Кстати, в Китае “чистых” моллюсков специально выращивают в рыборазводнях, где вода не имеет промышленного загрязнения. У нас это тоже можно делать, причем без больших затрат.
Для широкого внедрения метода непрерывного контроля на водозаборах надо иметь большой “банк” моллюсков, у которых реакции на загрязнение четко выражены и стабильно наблюдаются на протяжении достаточно длительного времени. Это работа для профессионалов-биологов. Они должны содержать “штат” животных, готовить их к работе на станциях водоподготовки и принимать на реабилитацию после “несения вахты”. Кроме того, одни моллюски реагируют на этот тип загрязнений, другие на еще какой-то, поэтому нельзя ограничиваться только определенным их видом.
— А много ли желающих воспользоваться услугами живых индикаторов?
— К сожалению, интерес к этим технологиям в нашей стране почти нулевой. Дело в том, что в случае их использования автоматические звонки о загрязненных сбросах будут сразу поступать в природоохранные органы. И придется на них реагировать. А как отремонтировать очистные сооружения, которые исчерпали свои ресурсы? Денег на это нет, да и желания тоже. Вот и текут грязные воды в реки практически безнаказанно, без должного контроля со стороны государства. Автоматические станции нужно располагать и на реках, особенно на тех, из которых осуществляется забор воды на питьевые нужды, чтобы предотвратить возможность загрязнения водозаборов.
В России работы по использованию пресноводных моллюсков в качестве биосенсоров качества воды в реках только начинаются. Если учесть, что ПДК рассчитаны для более чем трех тысяч соединений, содержащихся в воде, то объем работы, которую необходимо выполнить, наводит на грустные размышления. Стоит еще учесть, что к уже известным веществам добавилось огромное количество новых. В настоящее время произошел прорыв в области синтеза и применения наночастиц в технике и быту. Скорость создания новых наноматериалов существенно превышает физические возможности оценки их токсичности и последствий распространения в природе. А ведь в итоге практически все эти вещества рано или поздно попадут в реки, моря и будут оказывать негативное воздействие на организмы, системы самоочищения рек. С этими соединениями не будут справляться обычные очистные сооружения. Научные исследования показали, что именно фильтрующие моллюски очень хорошо чувствуют наличие различных наночастиц в воде даже в самых малых концентрациях, которые обнаружить другими методами почти невозможно. По уровню накопления наночастиц в органах моллюсков можно хотя бы косвенно оценить количество поступления их в реки. Кроме того, с помощью живых биосенсоров можно “подсказывать” химикам, в каких направлениях надо вести синтез наноматериалов для получения менее токсичных форм. Так что древние виды фауны будут осваивать новые “профессии”.
— Петр Васильевич, расскажите о ваших исследованиях, связанных с этими животными.
— Моллюсками я занимаюсь давно, более 20 лет. Последние полтора года работаю по гранту Американского агентства по охране окружающей среды. Провожу исследования наночастиц, которые синтезируются в лаборатории разработки полифункциональных катализаторов под руководством профессора Леонида Модестовича Кустова в ИОХ, а также в других российских и зарубежных научно-исследовательских учреждениях.
Одно из направлений нашей работы — создание наночастиц, уменьшающих токсичность полихлорированных бифенилов, которые широко используются в качестве диэлектриков в больших промышленных конденсаторах. В течение десятков лет эти вещества вместе с талыми водами попадают в Оку из оврага, где они оказались в результате аварийного сброса с Серпуховского конденсаторного завода. А ведь такие соединения разлагаются очень долго и обладают большой миграционной способностью. Сбросы завода обнаруживали даже в устье Волги в Астрахани.
Уменьшить токсичность полихлорбифенилов могут наночастицы, которые селективно удаляют хлор из этих сложных ядовитых соединений, превращая их в менее токсичные или вообще безвредные вещества. Что представляют собой такие наночастицы? Это “шарики”, состоящие из атомов железа и других металлов, находящиеся в коллоидном растворе стабилизатора или нанесенные на пористый сорбент. Размер частиц всего 3-10 нанометров, они могут проникать в клетки, поэтому способны вызывать и различные физиологические эффекты. Понятно, что любые вещества должны пройти тест на биологическую безвредность, ведь, в конечном счете, они либо попадают в окружающую среду, либо используются человеком.
— Как в лабораторных условиях можно применять водных обитателей?
— Технология простая. В бак с водой помещается подставка со специальными отверстиями, куда вставляются животные. К каждому прикрепляется оптический сенсор с проводком. На монитор компьютера выводятся изображения кардиоритмов моллюсков. В чистой воде ритм четкий, примерно 10 ударов минуту. Если добавить токсичное вещество, то моллюски закрывают раковины, их пульс снижается до 4-6 ударов в минуту, амплитуда сердечных сокращений уменьшается. Животное как бы замирает, замедляя свою жизнедеятельность. Даже если вещество показало себя как эффективное в доклинических исследованиях в медицине или, скажем, в промышленных процессах, моллюски одним своим изменением кардиоритма демонстрируют, что оно может быть небезобидным. Живые индикаторы решают важную экологическую задачу, определяя биологическую безопасность разных веществ, которые человек собирается использовать в больших масштабах.
— Какие конкретно моллюски участвуют в ваших исследованиях?
— Мы используем пока только два семейства — перловиц и беззубок. Причем последние предпочтительнее из-за более удобной формы створок и более выраженного сигнала кардиоритма. Таких помощников у нас около четырехсот, вылавливаем их в основном из Оки.
За год работы по американскому гранту были протестированы десятки растворов различных соединений. Часть из них моллюски “забраковали”. Какова дальнейшая судьба токсичных веществ? Действительно ли они не будут больше применяться? Если говорить об иностранных заказчиках, то для них “заключения” беззубок — повод для серьезной проработки вопроса. У нас же, к сожалению, не всё решают моллюски и экологи.
Фирюза ЯНЧИЛИНА
Фото автора
Нет комментариев