Мидии – биоиндикаторы загрязнения морской среды

X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Мидии – биоиндикаторы загрязнения морской среды

Олифиренко В.В. 1
1Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение гимназия №16
Танцура М.Г. 1
1МДОУ д/с №67 г. Сочи
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение.

Существует более 20 000 видов двустворчатых моллюсков. Речь идет о донных животных, ведущих малоподвижный образ жизни. Самыми известными морскими моллюсками в Черном море являются мидии.

Эти моллюски играют важную роль в экосистеме: они очищают воду. Встречаются целые мидийные банки (друзы) — массовые скопление мидий в разных прибрежных зонах. Именно на мелководье мидии обеспечивают самую качественную фильтрацию воды. Неудивительно, отчего мидии вызывают интерес у ученых.

Люди давно начали детально изучать строение мидий. В рацион мидий входят мелкий планктон, взвешенные в воде частицы. Строение мидии предполагает пропускание через тело моллюска невероятно больших объемов воды. Съедобные частицы мидия поедает, а несъедобные выводит наружу с потоком воды. [1]

Летом 2019 года мидия черноморская(Mytilus galloprovincialis) стала объектом наших исследований.

Цель: изучение различий морфометрических показателей мидии на различных пляжах города Сочи в зависимости от антропогенного загрязнения прибрежных участков.

Задачи: работа с литературными источниками; определение участков отбора, сбор биологического материала (мидий); проведение измерений; обработка полученных данных; формулировка выводов.

Гипотеза: мидии, отобранные с разных пляжей, будут отличаться по своим морфометрическим данным в зависимости от загрязнения среды.

Рисунок 1 – Мидиевые банки

Основная часть.

Описание рода Мидии.

Тела всех видов моллюсков данного рода представляют собой скользкую упругую субстанцию, пронизанную кровеносными сосудами и нервными волокнами.

Внешне мидия — раковина, которая обладает сплюснутой с обеих сторон формой, немного вытянутая или почти круглая, двусторонне - симметричная.

Створки соединены с одной стороны при помощи мышечной ткани. Мускулы абсолютно всех двустворчатых моллюсков невероятно сильны, поэтому открыть раковину голыми руками, не используя никаких приспособлений, совсем непросто. Такие мощные мышцы необходимы мидии, чтобы вовремя захлопнуть створки, не позволяя хищнику добраться до нежного тела внутри.

Цвет раковины варьируется в зависимости от видовой принадлежности, а также условий обитания, от светло - серого и коричневого до практически черного. Изнутри створки имеют красивый перламутровый перелив.

Внешняя поверхность мидии украшена своеобразными линиями — это годовые кольца, при помощи которых можно определить возраст выловленной особи.

Особенности анатомии.

Мидии имеют не очень сложное внутреннее строение. Отсутствие головы и некоторых привычных для других животных органов пищеварения обусловлено анатомическими особенностями. У основания ноги расположен рот, соединяющийся с маленьким пищеводом, который открывает проход в желудок. Специфической чертой мидий являются необычные железы, вырабатывающие крепкие нитеподобные белковые образования, состоящие из синтезированного жидкого коллагена, которые застывают и используются для прикрепления к посторонним объектам, — биссусы.[2]

Кожистая мантия представлена складками из мышечной и соединительной ткани, покрывающими тело с обеих сторон от створок и сросшимися сзади. Она может менять свою форму и положение, растягиваясь и сжимаясь. Наружным слоем эпителия мантии сделаны створки раковины. Все слои этого покрова осуществляют выполнение нескольких важнейших функций: защита тела от инородных объектов и различных повреждений; сенсорная; мукоцитарная — отвечает за выделение слизи, которая участвует, прежде всего, в обволакивании и выведении токсинов из организма.

Кроме этих функций, эпителий мантии способен поглощать кислород прямо из воды, а также помогает ее циркуляции. В этом органе накапливаются полезные вещества, которые организм мидии запасает в процессе поглощения и переработки пищи.

В задней части расположены специальные сифоны: вводной служит для забора воды с целью добычи из нее кислорода при помощи внутренних жабр. Ежедневно для полноценного дыхания мидия прогоняет через себя порядка 70 литров воды. Жабры покрыты тончайшими выростами — ресничками, которые направляют съедобные микроорганизмы, процеженные из воды, к ротовой полости. Выводной сифон служит для выведения несъедобных элементов фильтрации и продуктов жизнедеятельности моллюска наружу.

Расположенные по обе стороны ротового отверстия 4 треугольных лопасти — лабиальные пальпы, направляют поступающую пищу в рот, через который она проходит в пищевод, а затем в желудок, напоминающий по форме мешочек. Он растянут вдоль спинной части тела. Вокруг желудка находятся доли печени. Печеночные протоки открываются в желудок и активно участвуют в пищеварении.

От желудка идет средняя кишка изогнутой формы, переходящая в заднюю, пронизывающую сердце по желудочку и выходящую в виде пищевого (выделительного) сифона наружу.

Миниатюрное сердце мидии состоит из двух предсердий и желудочка. Незамкнутая кровеносная система представлена двумя аортами, разделенными далее на несколько артерий.

Примитивная, слаборазвитая нервная система моллюска представлена 3 парами ганглий — нервных узлов, принимающих участие во всех жизненных процессах организма. Органы чувств имеют вид ротовых лопастей, а также чувствительных клеток, расположенных по ободку мантии, на жабрах и мускульной ноге.

Строение тела мидии позволяет успешно адаптироваться к изменениям параметров воды, колебаниям уровня солености и температурному режиму. [2]

Рисунок 2 –Внутреннее строение мидии[13]

1.3. Значение моллюсков в природе и жизни человека.

Моллюски являются питанием для очень многих обитателей морей и океанов. Для рыб, для морских животных моллюски порой единственная еда.

Издавна мидии употреблялись в пищу, считаясь деликатесом, содержащим массу полезных питательных веществ. Что касается ценных микроэлементов и витаминов, они представлены целым спектром веществ, таких как: витамины А, С, РР, Е, а также рибофлавин и тиамин; железо, магний, фосфор, калий, кальций и другие микроэлементы. Углеводы и жиры содержатся в минимальном количестве, благодаря чему мидии успешно применяются в диетологии. В составе нежного мяса мидий содержится много белка и гликогена.[3]

1.4. Мидии Черного моря.

Взрослые особи черноморской мидии имеют продолговатую форму до 10-12 сантиметров длины, с тёмным цветом раковины, и не являются долгожителями. Обычно селятся на твёрдых поверхностях рифов, камней и волнорезов, на которых встречаются и многотысячные колонии. Их можно встретить в прибрежных водах по всему побережью Чёрного моря, но отдельные представители замечены и на 20-30 метровых глубинах.[4]

Черноморская мидия относится к съедобным видам. Мидий не только собирают в естественной среде, но и выращивают на специальных фермах.

В поселке Головинка Лазаревского района Сочи находится ферма по выращиванию мидий и устриц под названием "Куршавель". Эта ферма была основана в 2007 году и на сегодняшний день является единственной в России, которая разводит мидий круглогодично. На сегодняшний день предприятие расположилось на территории почти в 300 соток, с которых ежегодно собирают около 100 тонн морепродуктов.

В процессе выращивания мидий используют специальные канаты с грузами и перегородками, на которых мидии и оседают. Эти канаты устанавливают на большой глубине, где вода чище и меньше волнение моря. Каждый из канатов необходимо промывать раз в 2 месяца. Для этого связки срезают и по конвейеру отправляют на промывку. После этого чистые мидии отправляют назад в море – дозревать.

Полное вызревание мидий происходит примерно через год. Груз отрезают, и коллектор с мидиями всплывает на поверхность. Мидии вручную отделяют от каната, промывают, сортируют и живыми в холодильных камерах отправляют заказчику.[13]

Рисунок 3 – Мидийно - устричная ферма

Материалы и методы.

Исследования проводились с июня по август 2019 года. Для работы использовали методику автор Дехта В.А.[14]. Нами было выбрано 4 муниципальных сочинских пляжа в трех районах города: Лазаревском, Центральном, Хостинском. Пляжи «Фазотрон», «Маяк», «Бытха», «Мацеста». В качестве контрольного участка выбрали мидийную ферму в поселке Головинка. С каждого пляжа в прибрежной зоне отбирали по 10 мидий (снимали моллюсков с бун). Расстояние от берега – примерно 7 м. На ферме отбор проводили на расстоянии около 4 км от берега с коллекторов – носителей. У каждого образца измеряли: длину, ширину, толщину, определяли цвет раковины и цвет мантии. Затем рассчитывали индексы: «А» - отношение длины раковины к ширине и «В»-отношения длины раковины к ее толщине. На каждом пляже визуально оценивали загрязнение: наличие бытового мусора, выпуск различных стоков: хоз – фекальных, ливневых сточных вод. И других источников загрязнения. Измеряли температуру воды и температуру воздуха. Все измерения заносили в полевой журнал.

Рисунок 4 – Отбор материала, измерение морфометрических показателей

Результаты исследований, их обсуждение.

Результат обследования моллюсков на пляже «Мацеста». Участок отбора проб располагался в 30 м от устья реки Мацеста, которая протекает через густонаселенные районы города и сельскохозяйственные территории. В реку поступают ливневые стоки с дорог. Устье реки частично зарегулировано в бетонные берега, что препятствует естественному развитию биологических сообществ в ней. Пляж, прилегающий к устьевой зоне реки, был чистым, скопления бытового мусора отсутствовали. Однако, рядом на момент отбора проб был обнаружен выход ливневой канализации на пляж и отмечен заметный хоз - фекальный запах.

Отмечено, что некоторые раковины мидий, отобранных на этой станции, имели необычную прямоугольную форму. Преобладали раковины с коричневой поверхностью. По структуре поверхности моллюсков были отмечены в равной мере как гладкие, так и бугристые раковины. Цвет мантии моллюсков был преимущественно белый, только у двух особей наблюдался коричневый оттенок мантии.

     

Рисунок 5 - Моллюски с пляжа «Мацеста»

Результат обследования моллюсков на пляже «Бытха». Данный пляж расположен в Хостинском районе г.Сочи. Рядом проходит железнодорожное полотно и загруженная автомагистраль. Скопления бытового мусора на территории отсутствовали. На пляже был обнаружен выход ливневой канализации и присутствие хоз-фекального запаха.

Мидии, отобранные на пляже «Бытха» характеризовались преимущественно коричневым цветом раковин. У 6 экземпляров отмечалась прямоугольная форма раковин, у 4-х - овальная, с заостренной макушкой. У всех мидий поверхность раковины имела бугристую поверхность. Цвет мантии моллюсков был преимущественно белый.

     

Рисунок 6 – Моллюски с пляжа «Бытха»

Результат обследования моллюсков на пляже «Маяк». Он расположен в центре г. Сочи в районе центральной набережной, является одним из наиболее популярных для гостей города и наиболее загруженным в летний период. Территория, прилегающая к пляжу, имеет развитую инфраструктуру. Рядом с ним расположен морской вокзал, дорого с интенсивным движением, множество объектов торговли, общественного питания и курортно-рекреационного назначения. Скопления бытового мусора на пляже не обнаружено. Мидии, отобранные на данном пляже, характеризовались очень маленькими размерами раковины, их длина не превышала 20 мм. Скорее всего, это вызвано тем, что взрослая популяция мидий по каким-либо причинам прекратила существование, а в настоящее время наблюдается зарождение новой популяции. У всех моллюсков на этой станции створки раковины были черного цвета. Только у трех моллюсков наблюдалась бугристая поверхность раковины, остальные моллюски были с гладкой поверхностью. Преимущественно цвет мантии моллюсков был коричневым. В течение отбора проб мидий на бунах отмечено большое количество рапанов (Rapana venosa), хищных брюхоногих моллюсков, поедающих мидий.

     

Рисунок 7 - Моллюски с пляжа «Маяк»

Результат обследования моллюсков на пляже «Фазотрон». Пляж располагается в густонаселенном и активно строящемся микрорайоне Мамайка Лазаревского района г. Сочи. Пробы отбирались в 300 метров от устья реки Псахе, протекающей через весь микрорайон и зарегулированной в бетонные берега. В устьевой зоне реки ощущался ярко выраженный хоз - фекальный запах. Скоплений бытового мусора на территории пляжа обнаружено не было. На территории, прилегающей к пляжу, располагаются автомагистрали с интенсивным движением, предприятия торговли, общественного питания и курортно-рекреационного назначения.

Отмечено, что мидии, отобранные на пляже «Фазатрон», имели на своих створках обильные обрастания морскими гидробионтами, преимущественно рачками балянусами (Balanus. Improvisus) и красными корковыми водорослями – церамиумом.

Преимущественно отобранные мидии имели овальную с заостренной макушкой форму с гладкой поверхностью. Преобладали раковины с черной окраской. Все отобранные экземпляры имели белую мантию.

     

Рисунок 8 – Моллюски с пляжа «Фазотрон»

Результат обследования моллюсков мидийной фермы в пос. Головинка.Мидийная ферма функционирует в пос. Головинка Лазаревского района. Пробы были отобраны при содействии сотрудников фермы с установки в 4 км от берега. Принимая во внимание тот факт, что качество морской среды в акватории размещения мидийных ферм тщательно контролируется на наличие загрязняющих веществ и патологической микрофлоры, пробы моллюсков, отобранные на этом участке оценивались как фоновые. На пляжной территории, прилегающей к ферме, никакого вредного воздействия отмечено не было.

Мидии, отобранные на ферме отличались крупными размерами по сравнению с другими участками отбора проб, где моллюски росли в природных популяциях. Наблюдались особи, как с черной, так и с коричневой окраской приблизительно в равных количествах. Преимущественно наблюдался белый цвет мантии моллюсков и лишь 3 мидии имели оранжевую мантию. Цвет мантии служит отличительным признаком для определения пола моллюсков: белая мантия – самцы, оранжевая – самки.[5][6] Все мидии обладали раковинами овальной формы со слегка заостренной макушкой. Большинство раковин имели гладкие поверхности створок.

     

Рисунок 9 – Моллюски с мидийной фермы

В целях изучения анатомии черноморской мидии, было вскрыто несколько экземпляров моллюсков, отобранных на ферме. При этом рассматривались внутренние органы моллюска: мантия, жабры, нога, рот, сифоны, мускулы - замыкатели. Вскрытие моллюска позволило лучше понять строение и физиологию изучаемых организмов.

Наиболее крупные моллюски наблюдались на ферме, что может быть обусловлено возрастом популяции. Наименьшие размеры имели моллюски, отобранные с пляжа «Маяк», там не было обнаружено мидий крупнее 20мм, что говорит об отсутствии в популяции взрослых половозрелых моллюсков. Это может быть объяснено гибелью мидий в результате внешнего воздействия или полного уничтожения мидийной популяции хищным моллюском Рапана, и, впоследствии, невозможностью достичь размеров взрослого моллюска из-за продолжающегося выедания мидий.

Форма и цвет раковины мидий служат экологическим индикатором популяции. Форма раковины, удлиненная, прямоугольная или округлая говорит о принадлежности моллюска к одной из обычных разновидностей MytilusGalloprovinciales, свойственных Черному морю и определяется генетической изменчивостью различных популяций моллюска. Интересно, что на коллекторах мидийных ферм, как правило, оседают формы с удлиненной, продолговатой формой раковины. Это может объяснятся тем, что такие моллюски растут в толще воды на значительном удалении от берега. В то же время бугристая поверхность раковин мидии, так называемый «эффект стиральной доски» является признаком деформации раковины, вызванной хроническим загрязнением таких веществ как нефтепродукты.[7]

В ходе работы на пляжах «Маяк», «Фазотрон» и на Мидийной ферме преобладали мидии продолговатой формы с гладкой поверхностью раковин, что говорит об отсутствии постоянного или повторяющегося токсического воздействия на них. На пляже «Бытха» преобладали мидии с бугристой поверхностью раковин. Такие створки были отмечены и на пляже «Мацеста», где количество раковин с бугристой поверхностью было равно количеству раковин с ровной поверхностью. Это служит признаком постоянного хронического воздействия на моллюсков, отобранных на этих участках.

По мнению ученых, окраска раковины мидий является индикатором освещенности и заиленности их места обитания. Так, мидии, растущие в слое воды 0-3м на камнях или скалах преимущественно имели голубую или синюю или черную окраску. Моллюски, растущие на глубине 3-15 м (в том числе и на мидийной ферме), в основном имели черный цвет, а мидии, выросшие на илистом дне - коричневый окрас створок.[8] Известно, что мидии с черной окраской раковины обладают более мощным биссусным аппаратом, позволяющим им крепко удерживаться на субстрате во время шторма. Коричневые моллюски являются более устойчивыми к загрязнению среды.[9]

В наших исследованиях не было отмечено голубой окраски моллюсков. На пляжах «Мацеста», «Бытха» преобладали особи (до 70%) с коричневой окраской раковин. На пляжах «Маяк», «Фазотрон», Мидийной ферме преобладали мидии с черной окраской раковин. Если в условиях мидийной фермы преобладание черного цвета створок объясняется значительными глубинами, на которых установлена ферма, то преобладание таких форм окраске на мелководье пляжей может свидетельствовать о недостаточной освещенности поселений моллюсков. Для этого может быть несколько причин: затенение от волнорезов, поступление большого количества взвешенных веществ с загрязненными стоками, вызывающее заиливание. Можно предположить, что на загрязненных пляжах возрастает доля устойчивых к загрязнению моллюсков.

Мидии являются раздельнополыми организмами и их пол можно определить по цвету мантии моллюсков. У самцов она кремовая или белая, а у самок – оранжевая/коричневая. На всех пляжах было отмечено преобладание мидий с белым цветом мантии. На мидийной ферме 70% экземпляров имели белую мантию и 30% – оранжевую. На «Маяке», «Бытхе» и «Мацесте» наблюдались лишь единичные экземпляры с коричневой мантией. Ученые свидетельствуют, что значительное увеличение доли самцов в биоценозе мидий является ответной реакцией на изменение качества окружающей среды.[10]

Для оценки экологического состояния морских акваторий используются индексы соотношения размерных параметров раковин моллюсков. Индексы соотношения длины раковины к ее ширине (индекс А) и длины раковины к ее толщине (индекс В) являются информативными и сравнительно легко определяемыми индикаторами. Они основаны на том, что обычно мелкие мидии более чувствительны к загрязнению, чем крупные организмы, а так же на образовании моллюсков толстой, ребристой раковины в местах постоянного или систематически повторяющегося антропогенного загрязнения. Эта особенность является механизмом самозащиты мидии в неблагоприятных условиях. [11] [12], график 1.

Таблица 1

Расчет индексов размерных характеристик раковин мидий

Название участка

Индекс «А»: Отношение длины раковины к ее ширине.

Индекс «В»: Отношение длины раковины к ее толщине.

Пляж «Мацеста»

А=27,1:19,0=1,40

В=27,1:14,6=1,86

Пляж «Бытха»

А=29,7:16,3=1,86

В=29,7:13,0=2,84

Пляж «Фазотрон

А=26,7:15,5=1,73

В=26,7:9,4=2,84

Пляж «Маяк»

А=15,2:8,4 =1,81

В=15,2:7,7=1,97

Мидийная ферма

А=65,9:35,1 =1,88

В=65,9:27,6=2,39

График 1

Индексы соотношения размерных параметров раковин моллюсков

IV. Выводы и заключение.

В данной работе было определено, что по сравнению с мидийной фермой (1,88), значения индекса «А» отмеченные на пляже «Мацеста»(1,40) значительно снижены. Менее значительные отклонения от контроля по индексу А наблюдалось на пляже «Фазотрон» (1,73). Остальные участки отличались от контрольного по этому индексу незначительно. Существенно ниже, чем в контроле (2,39) значения индекса «В" у мидий с пляжей «Мацеста» (1,86) и «Маяк» (1,97). На остальных пляжах эти значения также отличались от значений, полученных для фермерских мидий. Даже несколько превышая их. Отмечено, что на пляжах «Мацеста» и «Маяк» оба индекса существенно отличаются от контрольного участка, что указывает на измененные условия существования популяции моллюсков и предполагаемое антропогенное загрязнение морской среды на этих участках. Для того чтобы установить полную, детальную картину загрязнения пляжей Черного моря на территории Большого Сочи рекомендуется продолжить изучение биоценозов мидий и их функций. В будущем предполагается расширить исследование и протестировать дополнительные параметры – биоиндикаторы, основанные на физиологических и экологических особенностях черноморских мидий.

Литература

https://bigenc.ru/biology/text/1943082

https://rybki.guru/ulitki/midija.html

https://corgishire.ru/864-znachenie-mollyuskov-dlya-cheloveka/

https://xn--e1aaipegbme7d.xn--p1ai/2018/01/04/midii-chyornogo-morya/

https://vodabereg.ru/article/vnutrennee-i-vneshnee-stroenie-midii/

(Ершов В. Е., Кантор Ю. И. Морские раковины. Краткий определитель. — М.: Курсив, 2008. — С. 154. — 3 000 экз. — ISBN 978-5-89592-059-6).

Алпеева И.Г. Структура природных популяций мидий (MytilusGalloprovinciales) восточнойчасти Черного моря, выявляемая методами системного морфологического анализа. Кандидатская диссертация. Краснодар. 2003. Кубаский госуниверситет).

Казанкова И.И. Частота цветовых морф в поселениях MytilusGalloprovincialesв прибрежных водах южного и юго-западного Крыма / Экология моря. 2008. Т.75. – Сс 38-41.)

Булатов К. В., Звездина Т. В. Различия в прикреплении к субстрату мидий разных генотипов // Цитология и генетика. 1987 Т. 21, №1.С. 71–74.

Челядина Н.С. Фенотипическая и половая структура поселения мидии MytilusGalloprovinciales LAM, культивируемой на внешнем рейде г.Севастополь (Крым, Черное море) / Морской биологический журнал. 2018. Т.3, № 3. – Сс 86-93.

Дехта В.А. Консервативная изменчивость в мониторинге и оценке состояния морских экосистем на примере мидии Мytilus galloprovincialis Lam. // Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем: Сб. научн. тр., Ростов-на-Дону: Изд-во АзНИИРХ, 2006 – С. 102–104.

Даурова Е.Л. Исследование аномальных признаков негативного воздействия окружающей среды на морскую биоту/ отчет НИР Исследование устойчивости экологических систем, новых технических и инженерных объектов под воздействием природных и антропогенных факторов. 2011. Сс. – 53-66).

https://www.yuga.ru/photo/4041.html

18

Просмотров работы: 83