Примеры расчета токсической нагрузки пищевого рациона в различных экосистемах
Подчеркивая роль экологических факторов в формировании токсической нагрузки, отметим также четко проявившуюся видоспецифичность поступления токсических элементов в организмах птиц-дуплогнездников. При совместном обитании в одном биотопе, загрязненном тяжелыми металлами, содержание последних в рационе мухоловки-пеструшки в 1,4—3,0 раза выше, чем у большой синицы, а суммарная нагрузка, создаваемая повышенными уровнями свинца, цинка, кадмия и меди в рационах, превышала таковую на фоновых территориях для всех видов соответственно в 10 и 3,8 раза. Это обстоятельство также обусловлено экологическими особенностями видов и определяется достаточно тонкими различиями специфики рационов и мест сбора корма. Если большая синица собирает корм в кроне деревьев (основная часть рациона состоит из гусениц чешуекрылых), то мухоловка-пеструшка более универсальна, состав корма ее весьма разнообразен и часто зависит от характера биотопа. В рацион входят жесткокрылые и двукрылые насекомые, среди которых много вторичных консументов.
Можно привести и другие примеры, подчеркивающие роль пищевых рационов. В этом плане особое значение имеет содержание в рационах мохообразных растений. Биофагами являются многие виды беспозвоночных (жуки, бабочки, клопы, клещи и т.д.). Среди позвоночных свыше 7 видов птиц и более 70 видов млекопитающих. С экотоксикологической точки зрения такой состав рационов обусловливает повышенное поступление в организмы большинства тяжелых металлов, поскольку эти растения известны в качестве активных концентраторов радиоактивных и стабильных элементов.
По сравнению с другими растениями уровни токсических элементов в бриофитах выше в десятки раз и более. Этим же объясняется повышенное поступление токсикантов в зимний период, когда эти растения составляют значительную часть рациона животных (у леммингов, например, до 70—80 %). Отметим, что сезонность в поступлении токсикантов с пищевыми рационами может быть обусловлена не только различием их состава, но и сезонной динамикой содержания токсичных веществ в растительности. Финские экологи показали, например, что независимо от типа леса и особенностей ландшафта в окрестностях металлургического завода наблюдается изменение концентрации некоторых элементов в листьях черники в течение вегетационного сезона. Осенью алюминия и ртути содержится в 2—3 раза больше, чем весной. Несколько повышена концентрация кадмия. В случае цинка зависимость обратная.
Приведем примеры для водных экосистем. Отмеченные выше биологические процессы метилирования ртути приводят к повышенному концентрированию этого элемента в придонной фауне и планктоне. Доля этих компонентов в рационах животных высших трофических уровней определяет накопление ими ртути: крупные рыбы (судак, щука — в пресных водоемах; акулы, меч-рыба, тунец — в океане) характеризуются максимальными уровнями ртути, до 90 % которой представлено метилированной формой. Выраженная способность органической ртути накапливаться в животных организмах в отличие от неорганической формы обусловлена ее практически полной абсорбцией в ЖКТ. Это в полной мере относится к млекопитающим, жизнь которых и питание связаны с водными экосистемами. Было исследовано содержание ртути во внутренних органах бобров (растительноядные), енотов (всеядные) и выдр (хищники). Содержание ртути в мышцах животных соответственно возрастало с 32 до 278 и 889 мкг/г по мере увеличения содержания рыб и водных животных в их рационах.
Подобная способность различных видов животных к биологическому концентрированию ртути в значительной мере определяется долей в их рационах представителей водной фауны, богатой органическими соединениями. По данным литературы, установлена прямая корреляционная зависимость между загрязнением животных ртутью и уровнем этого элемента в рыбе водоема.
Характерно, что видовые различия накапливаемых уровней токсических элементов, обусловленные спецификой пищевых рационов, тем значительнее, чем выше общее загрязнение природной среды. Так, при изучении накопления свинца мелкими млекопитающими в придорожных экосистемах показано, что при низких уровнях загрязнения территории трудно говорить о наличии существенных видовых различий в содержании свинца в организмах зверьков. Но эти различия становятся значимыми и увеличиваются по мере загрязнения среды обитания. К подобным же выводам пришли и мы при изучении уровней свинца у млекопитающих-фитофагов, обитающих в условиях различных геохимических провинций.
Отметим, что прямая зависимость содержание токсикантов в рационах — уровень накопления их в организмах животных", рассматриваемая в качестве меры токсического воздействия, не всегда очевидна. Особенность перехода таких химических элементов, как цинк и медь, через стенку ЖКТ определяется главным образом их биохимической значимостью как микроэлементов. Хорошо известен ряд ферментных систем, которые функционируют лишь в условиях достаточных количеств этих элементов во внутренних средах организмов. Естественно поэтому, что статус цинка или меди в организмах теплокровных эффективно поддерживается системой активного транспортного переноса через стенку ЖКТ. Регуляторные механизмы поддерживают состояние гомеостаза этих элементов в условиях их недостаточности и при избыточном поступлении с рационом. Поэтому, например, несмотря на повышение содержания цинка в растительности (пяти-, десятикратное), его уровень в организмах мелких млекопитающих, по данным различных авторов, остается практически неизменным до концентраций элемента в растительности до 200 мкг/г. По нашим данным, увеличение в рационах полевок на загрязненных территориях содержания меди в 9 раз практически не приводит к возрастанию уровня этого элемента в скелете и печени животных.
Если предположить, что содержание химических элементов в яичной скорлупе птиц отражает их уровень в организмах самок, то и в этом случае отмечены различия по отношению к различным элементам. По нашим данным, увеличение содержания свинца в рационе птиц-дуплогнездников в загрязненной зоне по сравнению с фоновой территорией в 5,6 раза ведет к увеличению концентрации этого элемента в скорлупе яиц лишь в 1,3 раза. Аналогично при изменении содержания меди в корме в 6,5 раза ее концентрация в скорлупе возрастала лишь в двое.
