Микропластик в желудочно-кишечном тракте и жабрах рыб рек Узбекистана
|
АННОТАЦИЯ 2
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ,
ТЕРМИНОВ 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1 Краткая история изучения микропластика 12
1.2 Мировое производство и потребление пластмасс 14
1.3 Характеристика микропластика как загрязнителя рек 19
1.3.1 Источники микропластика в речных системах 19
1.3.2 Особенности распределения микропластика в речных системах . 21
1.3.3 Потребление микропластика гидробионтами в речных системах 24
1.4 Влияние микропластика на рыб и других гидробионтов 26
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Описание района исследования 30
2.1.1 Река Чирчик 30
2.1.2 Река Карадарья 31
2.2 Сбор материала и выборки рыб 32
2.3 Экстракция микропластика 34
2.4 Анализ микропластика 35
2.5 Математико-статистическая обработка и анализ данных 36
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 38
3.1 Результаты количественного анализа микропластика в органах рыб 38
3.2 Результаты морфологического анализа частиц микропластика 40
3.3 Результаты определения полимерного состава частиц и их
потенциальные источники 43
3.4 Оценка влияния биологических параметров рыб на потребление
микропластика 49
ВЫВОДЫ 52
ЛИТЕРАТУРА 54
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, СОКРАЩЕНИЙ,
ТЕРМИНОВ 7
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
1.1 Краткая история изучения микропластика 12
1.2 Мировое производство и потребление пластмасс 14
1.3 Характеристика микропластика как загрязнителя рек 19
1.3.1 Источники микропластика в речных системах 19
1.3.2 Особенности распределения микропластика в речных системах . 21
1.3.3 Потребление микропластика гидробионтами в речных системах 24
1.4 Влияние микропластика на рыб и других гидробионтов 26
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 30
2.1 Описание района исследования 30
2.1.1 Река Чирчик 30
2.1.2 Река Карадарья 31
2.2 Сбор материала и выборки рыб 32
2.3 Экстракция микропластика 34
2.4 Анализ микропластика 35
2.5 Математико-статистическая обработка и анализ данных 36
3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 38
3.1 Результаты количественного анализа микропластика в органах рыб 38
3.2 Результаты морфологического анализа частиц микропластика 40
3.3 Результаты определения полимерного состава частиц и их
потенциальные источники 43
3.4 Оценка влияния биологических параметров рыб на потребление
микропластика 49
ВЫВОДЫ 52
ЛИТЕРАТУРА 54
Искусственные пластики являются и из самых производимых и востребованных материалов в мире. Однако повсеместное использование пластиковых изделий привело к негативным последствиям для экосистем. Их частичное разложение в окружающей среде приводит к образованию частиц размером <5 мм, которые определяются как микропластик (МП). МП представляет собой глобальную проблему из-за широкого распространения в водной среде и потенциального негативного воздействия на живые организмы.
Микропластик - это любой тип пластиковых частиц менее 5 мм по наибольшей оси [1]. Такие частицы попадают в экосистемы из различных источников, включая косметические средства, синтетический текстиль и промышленные процессы, а также образуются при разрушении более крупных пластиковых частиц.
Пластик в водной среде стал предметом значительного внимания исследователей во всем мире, и его значение только растет с момента обнаружения мусорного пятна в северной части Тихого океана в 1988 году [2]. Это привело к разработке различных планов действий, направленных на решение проблем, связанных с этими загрязнителями окружающей среды. Как крупные («макро») пластиковые предметы (изделия и фрагменты из синтетических полимеров размером >25 мм), так и более мелкие («микро») пластиковые частицы <5 мм) в настоящее время широко признаны экологически опасными.
Тем не менее, МП сравнительно недавно вызвала обеспокоенность в связи с наличием и стойкостью мелкого пластикового мусора во всех средах (вода, осадки, почва и воздух), а также его потенциальным негативным воздействием на водные организмы и здоровье человека [3-5].
На сегодняшний день большинство существующих исследований нацелены на морскую среду, однако распространение МП и его влияние на гидробионтов в речных системах остается недостаточно изученным, несмотря на недавние оценки, предполагающие, что реки доставляют в мировой океан до 80 % всего объема пластикового мусора и микрочастиц [6]. Годовой выброс пластиковых отходов из рек в мировой океан в 2019 году оценивался в 0.8-2.7 млн тонн [7].
В свою очередь, рыбы пресноводных экосистем обладают высокой способностью к поглощению частиц МП, благодаря своему активному передвижению в воде и пищевому поведению. Попадание МП в организм водных обитателей сопряжено с рядом рисков для их здоровья. Проглатывание МП может вызывать повреждения пищеварительного тракта, проявляющийся в накоплении частиц в кишечнике, воспалении и закупорке пищеварительной системы [8]. Однако, химические вещества, содержащиеся в пластике, представляют больший риск для организмов, чем физическое воздействие самих микрочастиц, особенно при экологически значимых концентрациях.
Пластиковые добавки, такие как бисфенол-А, бромированные фталаты и нонилфенол, классифицируются как эндокринные разрушители и представляют угрозу для водных организмов [9]. Исследования показали, что у рыб с частицами МП в кишечнике, жабрах и мышцах наблюдается повышенный уровень бисфенола-А в тканях, что свидетельствует о нейротоксическом воздействии [10]. Кроме того, нонилфенол, высвобождающийся из пластиковых пакетов, может приводить к гибели некоторых видов рыб [11].
Существуют также доказательства того, что МП способен сорбировать различные потенциально токсичные химические вещества, включая неионные и неполярные органические соединения, а также тяжелые металлы [12]. Например, у рыб, подвергшихся воздействию частиц МП, наблюдалось накопление ртути в повышенных концентрациях в печени и жабрах [13].
Учитывая токсичность пластика для рыб и потенциальный риск для здоровья человека, связанный с повышенным содержанием химических веществ, таких как ртуть и бисфенол-А, крайне важно понимать потенциальные уровни воздействия МП на рыб в естественной среде и степень его переноса вверх по трофическим цепям.
Целью исследования является скрининг содержания микропластика в желудочно-кишечном тракте и жабрах отдельных видов рыб рек Карадарья и Чирчик для количественной оценки потребления частиц и выявления особенностей загрязнения.
Задачи работы:
1. Выполнить количественный учет микропластика размерного диапазона 0.15-5 мм в желудочно-кишечном тракте и жабрах рыб рек Карадарья и Чирчик.
2. Определить морфологию и полимерный состав частиц для выявления потенциальных источников загрязнения исследуемых рек.
3. Проанализировать влияние биологических параметров рыб
исследованных выборок на потребление ими микропластика.
Автор выражает благодарность младшему научному сотруднику центра исследования микропластика в окружающей среде БИ ТГУ, Рахматуллиной С.Н. и научному руководителю - Франк Ю.А. за активное содействие в выполнении настоящего исследования.
Микропластик - это любой тип пластиковых частиц менее 5 мм по наибольшей оси [1]. Такие частицы попадают в экосистемы из различных источников, включая косметические средства, синтетический текстиль и промышленные процессы, а также образуются при разрушении более крупных пластиковых частиц.
Пластик в водной среде стал предметом значительного внимания исследователей во всем мире, и его значение только растет с момента обнаружения мусорного пятна в северной части Тихого океана в 1988 году [2]. Это привело к разработке различных планов действий, направленных на решение проблем, связанных с этими загрязнителями окружающей среды. Как крупные («макро») пластиковые предметы (изделия и фрагменты из синтетических полимеров размером >25 мм), так и более мелкие («микро») пластиковые частицы <5 мм) в настоящее время широко признаны экологически опасными.
Тем не менее, МП сравнительно недавно вызвала обеспокоенность в связи с наличием и стойкостью мелкого пластикового мусора во всех средах (вода, осадки, почва и воздух), а также его потенциальным негативным воздействием на водные организмы и здоровье человека [3-5].
На сегодняшний день большинство существующих исследований нацелены на морскую среду, однако распространение МП и его влияние на гидробионтов в речных системах остается недостаточно изученным, несмотря на недавние оценки, предполагающие, что реки доставляют в мировой океан до 80 % всего объема пластикового мусора и микрочастиц [6]. Годовой выброс пластиковых отходов из рек в мировой океан в 2019 году оценивался в 0.8-2.7 млн тонн [7].
В свою очередь, рыбы пресноводных экосистем обладают высокой способностью к поглощению частиц МП, благодаря своему активному передвижению в воде и пищевому поведению. Попадание МП в организм водных обитателей сопряжено с рядом рисков для их здоровья. Проглатывание МП может вызывать повреждения пищеварительного тракта, проявляющийся в накоплении частиц в кишечнике, воспалении и закупорке пищеварительной системы [8]. Однако, химические вещества, содержащиеся в пластике, представляют больший риск для организмов, чем физическое воздействие самих микрочастиц, особенно при экологически значимых концентрациях.
Пластиковые добавки, такие как бисфенол-А, бромированные фталаты и нонилфенол, классифицируются как эндокринные разрушители и представляют угрозу для водных организмов [9]. Исследования показали, что у рыб с частицами МП в кишечнике, жабрах и мышцах наблюдается повышенный уровень бисфенола-А в тканях, что свидетельствует о нейротоксическом воздействии [10]. Кроме того, нонилфенол, высвобождающийся из пластиковых пакетов, может приводить к гибели некоторых видов рыб [11].
Существуют также доказательства того, что МП способен сорбировать различные потенциально токсичные химические вещества, включая неионные и неполярные органические соединения, а также тяжелые металлы [12]. Например, у рыб, подвергшихся воздействию частиц МП, наблюдалось накопление ртути в повышенных концентрациях в печени и жабрах [13].
Учитывая токсичность пластика для рыб и потенциальный риск для здоровья человека, связанный с повышенным содержанием химических веществ, таких как ртуть и бисфенол-А, крайне важно понимать потенциальные уровни воздействия МП на рыб в естественной среде и степень его переноса вверх по трофическим цепям.
Целью исследования является скрининг содержания микропластика в желудочно-кишечном тракте и жабрах отдельных видов рыб рек Карадарья и Чирчик для количественной оценки потребления частиц и выявления особенностей загрязнения.
Задачи работы:
1. Выполнить количественный учет микропластика размерного диапазона 0.15-5 мм в желудочно-кишечном тракте и жабрах рыб рек Карадарья и Чирчик.
2. Определить морфологию и полимерный состав частиц для выявления потенциальных источников загрязнения исследуемых рек.
3. Проанализировать влияние биологических параметров рыб
исследованных выборок на потребление ими микропластика.
Автор выражает благодарность младшему научному сотруднику центра исследования микропластика в окружающей среде БИ ТГУ, Рахматуллиной С.Н. и научному руководителю - Франк Ю.А. за активное содействие в выполнении настоящего исследования.
1. Среднее содержание частиц МП в желудочно-кишечном тракте рыб варьировало от 2,23 ± 1,07 ед./особь в водах Карадарьи до 2,86 ± 0,57 ед./особь в водах Чирчика. Значимых различий в содержании МП в ЖКТ между двумя реками и между видами с представительными выборками (судак, востробрюшка, маринка) не выявлено.
2. В жабрах рыб разных видов из р. Карадарья в среднем содержалось 0,64 ± 0,20 ед./особь. Среднее содержание частиц МП в жабрах маринки обыкновенной (п = 15) было значительно выше, чем в среднем для других исследуемых видов Карадарьи (п = 11) и составляло 2,13 ± 0,72 ед./особь.
3. В ЖКТ и жабрах рыб исследованных реках преобладают микроволокна, составляющие около 90%. Преобладание волокон по сравнению с частицами другой формы отражает поступление МП со сточными водами как ведущий источник загрязнения рек.
4. Полимерный состав МП в ЖКТ и жабрах рыб был схожим. В органах рыб Чирчика и Карадарьи выявлено 15 и 9 различных полимеров, соответственно. Наиболее часто встречались частицы, представленные (в порядке убывания) PP, PET, PES, PA и PE. Выявленный полимерный состав МП подтверждает «текстильный след» в загрязнении рек.
5. В ходе корреляционного анализа для судака из р. Чирчик выявлена умеренная положительная связь между потреблением фрагментов и пленок и линейно-весовыми показателями особей (rs от 0,486 до 0,509; р < 0,05). Для маринки из р. Карадарья отмечена прямая умеренная зависимость содержания фрагментов и пленок размерами 0,15-0,3 мм в жабрах от массы тела (rs от 0,567 до 0,594; р < 0,05). Статистически значимых различий в потреблении микропластика между самками и самцами ни одного из исследованных видов не выявлено. Достоверной взаимосвязи между массой жабер и содержанием в них частиц МП не обнаружено (р > 0,05).
На основании полученных данных можно сделать вывод о сходстве морфологического и полимерного составов МП в поверхностных водах и донных отложениях рек Чирчик и Карадарья с составом МП, обнаруженного в желудочно-кишечном тракте и жабрах рыб, обитающих в этих реках. Это подчеркивает важность изучения трофического переноса микропластика из речной среды в водную биоту и, потенциально, в организм человека. Рыбы могут служить биоиндикаторами микропластикового загрязнения на уровне речных бассейнов.
2. В жабрах рыб разных видов из р. Карадарья в среднем содержалось 0,64 ± 0,20 ед./особь. Среднее содержание частиц МП в жабрах маринки обыкновенной (п = 15) было значительно выше, чем в среднем для других исследуемых видов Карадарьи (п = 11) и составляло 2,13 ± 0,72 ед./особь.
3. В ЖКТ и жабрах рыб исследованных реках преобладают микроволокна, составляющие около 90%. Преобладание волокон по сравнению с частицами другой формы отражает поступление МП со сточными водами как ведущий источник загрязнения рек.
4. Полимерный состав МП в ЖКТ и жабрах рыб был схожим. В органах рыб Чирчика и Карадарьи выявлено 15 и 9 различных полимеров, соответственно. Наиболее часто встречались частицы, представленные (в порядке убывания) PP, PET, PES, PA и PE. Выявленный полимерный состав МП подтверждает «текстильный след» в загрязнении рек.
5. В ходе корреляционного анализа для судака из р. Чирчик выявлена умеренная положительная связь между потреблением фрагментов и пленок и линейно-весовыми показателями особей (rs от 0,486 до 0,509; р < 0,05). Для маринки из р. Карадарья отмечена прямая умеренная зависимость содержания фрагментов и пленок размерами 0,15-0,3 мм в жабрах от массы тела (rs от 0,567 до 0,594; р < 0,05). Статистически значимых различий в потреблении микропластика между самками и самцами ни одного из исследованных видов не выявлено. Достоверной взаимосвязи между массой жабер и содержанием в них частиц МП не обнаружено (р > 0,05).
На основании полученных данных можно сделать вывод о сходстве морфологического и полимерного составов МП в поверхностных водах и донных отложениях рек Чирчик и Карадарья с составом МП, обнаруженного в желудочно-кишечном тракте и жабрах рыб, обитающих в этих реках. Это подчеркивает важность изучения трофического переноса микропластика из речной среды в водную биоту и, потенциально, в организм человека. Рыбы могут служить биоиндикаторами микропластикового загрязнения на уровне речных бассейнов.