Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова,

Биологический факультет, кафедра ихтиологии; [email protected]

Реки Карганруд, Хараз и Чалус, из которых были взяты выборки кумжи Salmo trutta L., берут свое начало в горах Алборзе на севере Ирана и впадают в Каспийское море, максимальное расстояние между ними 420 километров, т.о. практически полностью было охвачено каспийское побережье Ирана. Пойманных рыб в замороженном виде (целиком) доставляли на кафедру ихтиологи МГУ для дальнейшей обработки. Были проведены биологический, морфометрический, генетический анализы. В связи с выявленным в ходе наших исследований выраженным аллометрическим ростом у молоди кумжи сравнение морфометрических индексов проводили между одновозрастными особями в выборках из рек Карганруд и Чалус. Из 17 исследованных морфометрических признаков достоверные отличия выявлены по t-тесту только по индексам hA/Ls и lV/Ls, а по критерию Колмогорова-Смирнова только по индексам C/Ls и lV/Ls. По остальным морфометрическим индексам достоверных отличий не обнаружено. Для проведения популяционного-генетического анализа кумжи из рек Ирана всего было использовано 19 ферментных маркерных локусов, из которых 8 были полиморфны (LDH-5* sMDH-4* G3PDH-2* sSOD-2* sMEP-3* EST-D* EST-5,6*). При попарном сравнении (по Фишеру) достоверные отличия частот аллелей выявлены только в локусе sМDH-4* (при этом значение критерия U было близко к граничному). Таким образом, учитывая тот факт, что р.Карганруд находится на западе, а река Хараз почти на самом востоке каспийского побережья Ирана, с достаточной степенью надежности можно констатировать, что иранские популяции кумжи проявляют сходство между собой на морфологическом и генетическом уровнях.

УДК [581.526.44: (556.155:581.5)] (285.33)(477)

Эпифитные альгогруппировки речного участка Каневского водохранилища (Украина)

Таращук О.С.

Epiphytic algal communities of the river section of the Kanev reservoir (Ukraine)

Tarashchuk O.S.

Институт гидробиологии НАН Украины, 04210, г. Киев, просп. Героев Сталинграда, 12, Украина; e-mail: [email protected]

Впервые изучали структуру эпифитных альгогруппировок речного участка Каневского водохранилища в зависимости от его гидрологического режима. Обнаружено 180 видов (189 внутривидовых таксона), принадлежащих к двум царствам, 7 отделам, 13 классам, 29 порядкам, 44 семействам, 78 родам, с качественным и количественным преобладанием Bacillariophyta. Наиболее обильное развитие фитоэпифитона наблюдали на станциях со слабым течением и незначительными колебаниями уровня воды. Сильное течение и большие перепады уровня воды при попусках Киевской ГЭС снижали показатели численности и биомассы водорослей (иногда на один - два порядка). Впервые выявлена зависимость структуры эпифитных альгогруппировок (состав доминантов и субдоминантов, соотношение эпифитонтов, облигатных и факультативных, и аллохтонов) от эколого-морфологических особенностей растительного субстрата и гидрологического режима водохранилища. Актуальность работы определяется рекреационным значением исследуемого участка водохранилища, находящегося под сильным антропогенным прессом мегаполиса.

Кремний и биоценоз в гидротермальном источнике (Камчатка )

A silicon and a biocenosis in a hydrothermal source ( Kamchatka)
Тембрел Е.И. *, Карпов Г.А.*, Орлеанский В.К.**,

Жегалло Е.А.***

* Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский

** Институт микробиологии РАН, Москва

*** Палеонтологический институт РАН, Москва

Задачей настоящего исследования является изучение преобразования кремневого компонента в ручье термального потока и роль биоценоза в его осаждении. Работа проведена на источнике «Термофильный» в кальдере вулкана Узон (Камчатка), где по стоку горячего ручья с температурой 57-35ºС обильно развивается альго-бактериальное сообщество, которое формирует слоистый водорослевый мат толщиной от 1 до 2.5 мм, в растущей верхней зеленой части. Особенностью данного источника является высокое содержание кремния до 400 мг/л в пересчете на ортокремневую кислоту.

Водорослевый мат, структурообразующим компонентом которого являются представители осциллаториевых синезеленых водорослей, развивается поверх слоя дресвы, представляющей собой слоистое осадочное образование в виде пластинок размером от долей мм до 1 см. Мощность отложения такой дресвы достигает порой 30 см на территории действия источника. Химический анализ валовой пробы показал, что на кремнезем прихо­дится более 80% вещества по весу. Залегание пластинок горизонтальное, пластинки не скреплены между собой в монолит. Cодержание кремнезема в термальных растворах совре­менных гидротермальных систем не достигает предела насыщения и произвольного осаждения кремния не должно происхо­дить. Однако, обследование потока ручья источника и растущего водорослевого мата показало непосредственную связь отложений таких слоистых осадков с жизнедеятельностью растущего альго-бактериального мата. Это проявляется в том, что на поверхности мата данного источника, растущего по шлейфу стока, часто можно видеть отдельные обсохшие бугорки высотой до 5 см, покрытые минерализованной коркой белого цвета толщиной до 3 мм. При разламывании по внешнему виду ее частички идентичны дресве. Наши наблюдения показали, что образование таких бугров обусловлено активным выделением газов (из многочисленных точечных проколов) под циано-бактериальным матом. Газ способствует приподниманию растущей водорослевой биопленки над поверхностью потока воды. Структура верхнего минерализованного слоя представляет собой отмершие слои водорослей, где происходит отложение кремния, который аккумулируется здесь из протекающей рядом воды путем подсоса (принцип фитиля) с последующим испарением. При искусственном высушивании участка мата, расположенного в потоке, подобного эффекта белых прослоек не отмечено. Слоистость водорослевого мата, на изучаемом источнике, имеет ту специфику, что слои не скрепляются друг с другом, а наоборот, относительно легко расслаиваются. Эта особенность далее генетически переходит и в осадочные образования,где пластинки автономны. Образование породы происходит при обязательном сочетании двух факторов, геохимического (разгрузка кремнесоединений) и биологического (в данном конкретном случае микробиологического) участвующего в осаждении этих кремнесоединений и запечатываемых в образующую породу. Подобные образования имеют большое значение при палеонтологическом изучении вулканогенных пород, а также зафиксированного в окремненном состоянии в них биологического разнообразия организмов.

Таким образом, впервые, в результате проведенной работы, описан механизм, обуславливающий выпадение соединений кремния при участии термофильного биоценоза с образованием породы, названной нами, биосилицит.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта   Программы Президиума РАН "Происхождение и эволюция биосферы" и гранта CRDF № RUB2-10618NO-04(LNBL).

Исследование биодеструкторов памятников архитектуры

Тетенькина А.В., студентка 5 курса

Биологический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова, Москва

В последние десятилетия проблема разрушения памятников архитектуры стоит наиболее остро. Процесс деструкции памятников включает физическую, химическую и биогенную составляющую. Загрязнение окружающей среды, вызванное техническим прогрессом, интенсифицирует процесс как деструкции как таковой, так и биодеструкции. Если ранее полагали, что абиотические факторы оказывают наиболее повреждающее воздействие на камень памятников, то теперь ученые все больше склоняются к мнению о ведущей роли микроорганизмов. Для сохранения памятников архитектуры следующим поколениям, необходимо исследовать причины повреждений каменного строительного материала, чтобы разработать и оптимизировать неповреждающие методы отбора проб и защиты.

В качестве объектов исследования были выбраны различные памятники архитектуры, расположенные на территории Международного центра Рерихов и музея-усадьбы Архангельское.

Количественный учет биодеструкторов проводили путем последовательных десятикратных разведений в физиологическом растворе, после чего производили посевы на чашки Петри (для хемоорганотрофов) и в пробирки (для хемолитотрофов) с соответствующими питательными средами. Для выявления хемоорганотрофных микроорганизмов использовались среды ПДГ и Чапека. Для выявления хемолитотрофных микроорганизмов использовались среды Бейеринка (для тионовых бактерий), Сориано и Вокера (для нитрификаторов 1 фазы) и среда для нитрификаторов 2 фазы.

В пробах строительных материалов помещения 17 века бывшей усадьбы Лопухиных, храма-памятника Екатерине II и Розового фонтана были обнаружены хемоорганотрофные микроорганизмы в большом количестве, значительно превышающем норму. Содержание нитрификаторов I фазы также было велико. Нитрификаторы II фазы и тионовые бактерии либо не были обнаружены, либо были обнаружены в малых количествах, не играющих весомой роли в биодеструкции.

В данном направлении продолжается работа по изучению влияния различных биоцидов на рост биодеструкторов и исследованию корреляции между содержанием тяжелых металлов в пробах строительных материалов и степенью зараженности различными физиологическими группами микроорганизмов.

УДК 574.632:582.263

Фотодинамические эффекты действия метиленового голубого и профлавина-ацетата на состояние культур водорослей и бактерий

Ткебучава Л.Ф., Худяков В.И., Братковская Л.Б., Плеханов С.Е.

каф. гидробиологии биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Photodynamic action of methylene blue and proflavin-acetate on the state of algae and bacteria cultures

Tkebuchava L.F., Hudyakov V.I., Bratkovskaya L.B., Plekhanov S.E

Dept. of Hydrobiology, Biological Faculty, Lomonosov Moscow State University

Исследовали воздействие метиленового голубого и профлавина-ацетата как источников активных форм кислорода на состояние культур водорослей и бактерий из коллекций биологического факультета МГУ - Scenedesmus quadricauda, Bacillus subtilis и Escherichia coli. Метиленовый голубой и профлавин использовали в концентрациях 0,125-5 мкг/мл. Водоросли и бактерии инкубировали с красителями 10-15 мин при освещении белым светом 50 мВт/см2 . Профлавин в высоких концентрациях (0,25-0,5 мг/л) вызывал стимуляцию роста водоросли S. quadricauda, а при 5 мг/л подавлял его. Метиленовый голубой при 0,125 мг/л стимулировал рост численности,.а при 2,5 мг/л был токсичен. Убыль кислорода в среде за 15 суток составляла 0,2 мг/л О2 при 1 мг/л профлавина и 0,5 мг/л О2 при 2,5 мг/л метиленового голубого. В целом метиленовый голубой в 2 раза более токсичен по сравнению с профлавином.

Данные по эффективности фотодинамического воздействия на бактерии показали, что антибактериальная активность метиленового голубого значительно выше таковой профлавина. Увеличении концентрации метиленового голубого до 5 мкг/мл приводило к снижению КОЕ грамотрицательного штамма в 100 раз, а грамположительного – в 250. Увеличение концентрации профлавина с 0,5 до 5 мг/л приводило к снижению КОЕ в 15 раз. Бактерии B. subtilis оказались более чувствительны к фотодинамическому воздействию по сравнению с E. сoli. Очевидно, исследованные препараты в низких концентрациях могут использоваться для улучшения качества природных вод.

Об открытии новой опасности воздействий на биосферу. О книге

«Открытие нового вида опасных антропогенных воздействий в экологии животных и биосфере: ингибирование фильтрационной активности моллюсков поверхностно-активными веществами». Москва. Издательство МАКС-Пресс, 2008.

М.А.Федонкин, академик РАН

On the discovery of new hazards of impact on the biosphere. Review of the book ‘Discovery of a New Type of Hazardous Anthropogenic Impact in Ecology of Animals and the Biosphere: Inhibition of the Filtration Activity of Bivalves by Surfactants’

M.A. Fedonkin
In the paper a review of and comments on a new book (‘Discovery of a New Type of Hazardous Anthropogenic Impact in Ecology of Animals and the Biosphere: Inhibition of the Filtration Activity of Bivalves by Surfactants’, MAX-Press, Moscow, 108 p., ISBN 978-5-317-02370-6) is presented. In the book, a variety of materials is collected on the discovery of new hazards of impact on the biosphere. The discovery was made by the scientist, a member of faculty of Moscow State University, Dr. S.A.Ostroumov. In a series of his publications it was shown that synthetic surfactants inhibited the filtering activity of freshwater and marine bivalves. Both individual surfactants and the commercial mixtures of chemicals that contained surfactants inhibited the filtering activity. As a result, the process of removal of suspended matter from water decreased. The natural ability of bivalves to filter water is a vital contribution to the natural self-purification of water. The importance of those ecological hazards to aquatic ecosystems and the biosphere is analysed in the paper.

В 2008 году издательство МАКС-Пресс выпустило новую книгу под редакцией академика РАН, доктора биологических наук Г.В. Добровольского, директора Института экологии Волжского бассейна РАН члена-корреспондента РАН Г.С. Розенберга и академика-секретаря Отделения биологических, химических и экологических наук АН Молдовы И.К. Тодераша «Открытие нового вида опасных антропогенных воздействий в экологии животных и биосфере: ингибирование фильтрационной активности моллюсков поверхностно-активными веществами». Книга освещает материалы научного открытия (Диплом № 274) «Свойство синтетических поверхностно-активных веществ снижать фильтрационную активность двустворчатых моллюсков» (автор открытия – ведущий научный сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор биологических наук Сергей Андреевич Остроумов).

В первом разделе книги (с. 5) излагается суть открытия. Оно касается важного компонента водных природных систем – двустворчатых моллюсков. Они фильтруют и тем самым очищают воду, что имеет весьма большое значение для поддержания чистоты водоемов. Новизна открытия состоит в том, что была выявлена способность загрязняющих воду поверхностно-активных веществ ПАВ ингибировать (подавлять и снижать) скорость фильтрации воды, что создает новые опасности для биосферы.

В разделе 2 на стр. 9-21 дана библиография научных публикаций автора открытия С.А. Остроумова за период c 2000 года, в которых излагаются материалы открытия и последующих логически связанных с ним работ. Некоторые ссылки даны с краткими аннотациями. Ввиду растущего международного сотрудничества, отрадно, что список продублирован также и на английском языке.

Даны также заключения экспертов по заявке на открытие, отзывы специалистов на публикации, связанные с материалами открытия.

В разделе 5 на стр. 39-40 - список рецензий, опубликованных на книги, которые содержат материалы открытия и материалы последующих работ, использующих и развивающих материалы открытия – в том числе на следующие книги автора открытия: «Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы» (2001), «Биотические механизмы самоочищения пресных и морских вод» (2004), «Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем» (2005).

Работа С.А.Остроумова выявила свойство синтетических поверхностно-активных веществ различных классов (анионных, катионных, неионогенных ПАВ) воздействовать на двустворчатых моллюсков (и морских, и пресноводных) так, что снижалась важная и полезная функция моллюсков – их фильтрационная активность. В результате снижалась скорость экологически важного процесса – фильтрации воды и извлечения из воды взвесей.

Роль таких фильтраторов, как моллюски, в формировании геохимической среды и в биосфере исключительно велика [8, 11, 12]. В чистой, незагрязненной воде скорость фильтрации и связанного с ней очищения воды очень высока. Один моллюск средних размеров (например, мидия Mytilus edulis) профильтровывает за час около 2 литров воды. Аналогичным образом, и пресноводные моллюски (например, массовые виды обитающих в реках перловиц Unio pictorum, Unio tumidus и другие) профильтровывают большие объемы воды. По оценкам, моллюски, обитающие на площади 1 кв. м дна водотока или водоема, профильтровывают за сутки от 1 до 10 кубометров воды. Например, весь объем воды залива Laholm Bay (Дания) профильтровывается моллюсками за 3 дня, залива South San Francisco Bay (США) - за 0.6 дня (см. обзор в [12]. При фильтрации моллюсками из воды извлекаются взвеси как органических, так и неорганических частиц и вода становится чище и прозрачней.

Один из результатов фильтрационной активности моллюсков – перенос вещества, содержащегося в форме взвесей в воде. Как результат активности моллюсков, существенная часть отфильтрованного вещества взвесей либо накапливается в их биомассе этих беспозвоночных, либо в форме выделяемых моллюсками пеллет опускается на дно и затем включается в состав донных отложений. Таким образом, благодаря моллюскам формируются биогеохимические потоки элементов [8, 11, 12]. Например, в прибрежных водах Балтики благодаря мидиям на дно за год осаждается (г на 1 м2): С до 80.7; N до 10.4; P до 1.6 ( Kautsky, Evans, 1987; цит. по [12]). Общее количество вещества, осаждаемого моллюсками Mytilus edulis, может достигать 11.9 кг на 1 м2 в год (по сухому веществу; данные Tsuchiya, 1980; цит. по [12]).

Автор открытия в многочисленных опытах, проведенных им в трех странах (России, Англии и на Украине) на моллюсках нескольких видов, проверил действие нескольких видов синтетических ПАВ (СПАВ) доказал, что эти вещества подавляют фильтрацию воды.

Открытая им способность СПАВ подавлять фильтрацию воды моллюсками очень важна, поскольку СПАВ загрязняют водные объекты (реки, озера, водохранилища, моря). Использование СПАВ и СПАВ-содержащих смесевых препаратов современным человеком нарастает и связанное с этим поступление СПАВ в водные объекты составляет в РФ свыше 2,5 г на человека в день, в некоторых странах свыше 10 г на человека в день (например, в ФРГ 12 г на человека в день).

СПАВ присутствуют в сточных водах почти всех отраслей экономики и всех видов промышленности. Например, на 1 м3 целлюлозы расходуется около 1,5 кг ПАВ нонилфенолэтоксилатов. При отмыве краски от перерабатываемой макулатуры расходуется 2-3 кг алкилфенолэтоксилатов на 1 т бумаги. СПАВ входят в состав моющих и пенообразующих препаратов бытового и промышленного использования, в том числе стиральных порошков, шампуней, жидкого мыла и других.

Работы автора открытия показали, что снижение фильтрационной активности наблюдается при концентрации СПАВ в воде на уровне 1 мг в литре и ниже. Следовательно, загрязнение этими веществами вод в результате использования детергентов и моющих средств за день всего лишь одним человеком может приводит к появлению опасных концентраций в более чем 10 тоннах (10 кубических метрах) воды.

Практическое значение открытия велико по нескольким причинам. Двустворчатые моллюски – важный объект аквакультуры (марикультуры), имеющий значение как ценный пищевой ресурс – источник вкусных и диетически высококачественных пищевых продуктов. Сделанное открытие указывает на повышенную опасность загрязнения среды обитания и культивирования моллюсков такими веществами, как СПАВы.

Вещества, относящиеся к СПАВ, представляют собой очень интересный класс загрязняющих веществ, воздействующих на биомембраны, то есть они представляют собой мембранотропные вещества (т.е. вещества, имеющими своей мишенью биологические мембраны – важные компоненты живых клеток). Исследования биомембран активно проводятся в МГУ, среди более ранних работ С.А.Остроумова – исследования одного из важных видов биомембран – так называемых сопрягающих мембран, играющих ключевую роль в преобразовании энергии в живой клетке.

В работах, суммируемых в рецензируемой книге [3-5, 7-14], выявлены новые виды экологической опасности антропогенного загрязнения биосферы и водной среды, уточняются и дополняются приоритеты в проведении экологической экспертизы и в природоохранных мероприятиях по снижению загрязнения биосферы.

Недавно были подведены итоги конкурса научных и учебных публикаций, проведенного Московским обществом испытателей природы (МОИП), и одна из книг автора открытия («Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем» [4]) вошла в число книг, отмеченных дипломами лауреатов конкурса.

Экспериментальные работы автора открытия имели своим результатом также создание теории полифункционального участия биоты (водных организмов) в самоочищении воды - короче говоря, экологической теории самоочищения воды и биоконтроля ее качества [3, 4, 6, 10], - которая основана на обширном фактическом материале, включая исследования, проведенные им на моллюсках-фильтраторах (а также других организмах).

В рецензируемой книге приведена также ценная информация о ранее проведенных научных исследованиях экспертов и авторов отзывов на материалы данного открытия. Это полезно, поскольку в силу междисциплинарного характера данного исследования экспертизу материалов проводили и давали отзывы представители многих научных дисциплин, среди которых были ученые не только России, но и других стран – Белоруссии (акад. Л.М.Сущеня), Украины (акад. В.Н.Еремеев, член-корр. Г.Е.Шульман, Ю.Н.Токарев, О.Г.Миронов), Молдавии (акад. И.К.Тодераш, Е.И.Зубкова), Литвы (акад. В.Л.Контримавичус), Германии (Р. Трибкорн). Информация о научной специализации и результатах работы этих ученых полезна и благодаря этой книге становится более доступной.

Полученные в ходе работ результаты были использованы для модернизации нескольких учебных курсов и учебно-методических материалов. Список этих курсов дан в приложении к книге (стр. 100-103).

В ходе работ автора открытия было детализировано одно из фундаментальных положений учения В.И.Вернадского о биосфере – положение о том, что живые организмы в очень большой степени формируют свойства биосферы и окружающей среды, в том числе водной среды. Актуальность это положения сохраняется и в наши дни [1]. Итак, выявлен новый вид опасности химического загрязнения – подавление важной для биосферы функции живых существ, необходимой для формирования качества воды и очищения водной среды. Характеризуя книгу в целом, можно использовать ту же оценку, которая сделана в отношении другой книги, недавно выпущенной тем же издательством: «…не вызывает сомнений, что данная книга и содержащаяся в ней обширная библиография (многие источники с аннотациями) будет полезна не только ученым, но и преподавателям – всем тем, кто работает … в области экологии, биологии, наук о Земле» [2].

Книга выпущена малым тиражом и ее следует переиздать. В новом издании желательно дополнить некоторые разделы – например, в разделе 5 следует упомянуть и другие книги автора открытия по данной тематике.

Библиография

1. 
   Добровольский Г.В. К 80-летию выхода в свет книги В.И. Вернадского “Биосфера”. Развитие некоторых важных разделов учения о биосфере. - Экологическая химия. 2007, т. 16(3), с.135–143.
   
2. 
   Лаверов Н.П., Кирпичников М.П., Добровольский Г.В. Предисловие. В кн.: Научная библиография. С.А.Остроумов. М.: МАКС-Пресс, 2008, с. 3-4.
   
3. 
   Остроумов С.А. Водная экосистема: крупноразмерный диверсифицированный биореактор с функцией самоочищения воды // ДАН (Доклады РАН), 2000, Т. 374, №3. C.427-429. Далее того же автора:
   
4. 
   Загрязнение, самоочищение и восстановление водных экосистем. М. МАКС-пресс. 2005.
   
5. 
   Ostroumov S.А. Inhibitory analysis of top-down control: new keys to studying eutrophication, algal blooms, and water self-purification // Hydrobiologia. 2002. vol. 469. P.117-129. The following publications were by the same author:
   
6. 
   Polyfunctional role of biodiversity in processes leading to water purification: current conceptualizations and concluding remarks // Hydrobiologia. 2002. v. 469 (1-3): P.203-204.
   
7. 
   Studying effects of some surfactants and detergents on filter-feeding bivalves // Hydrobiologia. 2003, Vol. 500, No. 1-3, p.341-344.
   
8. 
   Biological filtering and ecological machinery for self-purification and bioremediation in aquatic ecosystems: towards a holistic view // Rivista di Biologia / Biology Forum. 1998. V. 91(2). P.221-232.
   
9. 
   Anthropogenic effects on the biota: towards a new system of principles and criteria for analysis of ecological hazards // Rivista di Biologia / Biology Forum. 2003. vol. 96, No.1. P.159-170.
   
10. 
    Aquatic ecosystem as a bioreactor: water purification and some other functions. Rivista di Biologia / Biology Forum. 2004. vol. 97. p. 39-50.
    
11. 
    Some aspects of water filtering activity of filter-feeders // Hydrobiologia. 2005. Vol. 542, No. 1. P. 275 – 286.
    
12. 
    Suspension-feeders as factors influencing water quality in aquatic ecosystems. In: The Comparative Roles of Suspension-Feeders in Ecosystems, R.F. Dame, S. Olenin (Eds), Springer, Dordrecht, 2004. p. 147-164.
    
13. 
    Biological Effects of Surfactants. CRC Press. Taylor & Francis. Boca Raton, London, New York. 2006. 279 p.
    
14. 
    Ostroumov S.А., Widdows J. Inhibition of mussel suspension feeding by surfactants of three classes. // Hydrobiologia. 2006. Vol. 556, No. 1. Pages: 381 – 386.
    

Академик М.А. Федонкин

УДК 620.92:641.1:663

ВОДОРОСЛИ КАК ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КУЛЬТУРА

Чернова Н.И., Коробкова Т.П., Киселева С.В.

119991 Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В.Ломоносова, географический факультет, НИЛВИЭ. rsemsu@mail.ru

Биоэнергетика в последние 10-15 лет стала самостоятельной отраслью большой энергетики и занимает все более заметное место в мировом производстве тепла, электричества и биотоплив. В настоящее время в стадии масштабно используемых или только разрабатываемых находятся значительное количество различных технологий применения биомассы в энергетических целях. Идет поиск нетрадиционных источников биомассы, среди которых особый интерес представляют водоросли. Сравнение известных видов водных макро- и микроводорослей с наземной растительностью (деревья, травы) показывает, что водоросли превосходят их по продуктивности и энергетическому потенциалу (4.9 и 1,5 кг/м²/год; 2.85 и 2.3 тыс. ккал/кг соответственно). Это позволяет рассматривать их в качестве перспективных источников биомассы для биоэнергетики. Наиболее оптимальными способами переработки биомассы водорослей является метаногенез и сжижение биомассы. Отсутствие в водорослях лигнина, высокое содержание углерода (26-29%, а при предобработке – 36%), азота, фосфора и воды определяет использование метаногенеза для получения из них биотоплива (метана), причем на метан приходится 90% энергии субстрата. Сжижение биомассы представляет собой получение жидкого топлива путем взаимодействия измельченной биомассы в жидкой среде в присутствии СО или H₂ и щелочного катализатора при высоких температуре (300ºС) и давлении (10МПа). Энергоемкость получаемой топливной жидкости по массе в 4 раза, а по объему – в 10 раз превышает энергосодержание исходной биомассы.

В настоящее время большой интерес специалистов вызывает одноклеточная колониальная водоросль Botryococcus вraunii, которая рассматривается как потенциальный источник возобновляемого топлива, благодаря ее способности продуцировать значительное количество углеводородов. Показано, что В.вraunii – один из основных источников углеводородов в различных богатых нефтью отложениях, начиная с Ордовикского периода до наших дней. Проводятся исследования для организации широкомасштабного культивирования В.вraunii, экстракции из него углеводородов, каталитический крекинг которых приводит к получению высокооктанового моторного топлива. Производство В.вraunii может быть организовано с использованием сточных вод, загрязненных нитратами и фосфатами, а также газовых выбросов теплоэлектростанций, что позволяет придать экологическую составляющую производству биотоплива.

УДК 574.64

Влияние тяжелых металлов на замедленную флуоресценцию хлорофилла у цианобактерии Synechocystis aquatilis

Effect of heavy metals to chlorophyll fluorescence

of the cyanobacterium Synechocystis aquatilis

Шавырина О.Б.

МГУ им. М.В.Ломоносова, биологический факультет, кафедра гидробиологии
Исследование флуоресценции хлорофилла широко используется в качестве одного из экспресс-методов в мониторинге состояния фитопланктона природной среды. Вместе с тем, разработка этого метода опирается на исследование различных параметров флуоресценции в лабораторных условиях.

В данной работе было исследовано изменение замедленной флуоресценции (ЗФ) хлорофилла у цианобактерии Synechocystis aquatilis под действием Cr, Cu и Hg в острых опытах в лабораторных условиях. В первом варианте опыта металл вносили дробно, с равными промежутками времени (10 мин) до достижения сублетальной концентрации металла. Второй вариант опыта представлял собой батарею интактных культур, в каждую из которых металл вносили однократно, но в повышающихся дозах, соответствующих первому варианту и с такими же интервалами времени. Таким образом, оба варианта были идентичны по количеству металла в среде, но различались способом затравки. ЗФ регистрировали непосредственно после внесения металла и для сравнения использовали стационарный уровень послесвечения.

В результате экспериментов обнаружено, что все три металла существенно различаются по воздействию на динамику изменения ЗФ, хотя исходно для эксперимента были выбраны концентрации этих металлов, оказывающие одинаковый токсический эффект. Вместе с тем, для каждого из металлов показано различие динамики ЗФ в зависимости от способа интоксикации (при постепенном нарастании концентрации или же при ее разовом воздействии). Это может быть связано с существенным различием исследованных металлов по их роли в метаболизме клеток, различными способами и скоростью репарации повреждений фотосинтетического аппарата при токсическом воздействии, а так же свидетельствует о высокой чувствительности метода регистрации ЗФ в токсикологических экспериментах.

Изучение динамики концентраций Cu, Zn, Cd, Pb в воде микрокосмов с Ceratophyllum demersum методом инверсионной вольтамперометрии

Шестакова Т.В., Остроумов C.A., Головня Е.Г.

Москва, Московский государственный университет, биологический и геологический факультеты

Инверсионная вольтамперометрия (ИВ) считается одним из лучших методов исследования сосуществующих форм металлов в природных водах [1]. Метод характеризуется высокой чувствительностью, удовлетворительной избирательностью и разрешающей способностью, хорошей воспроизводительностью, экспрессностью, отсутствием необходимости концентрирования и отделения мешающих анализу веществ, возможностью автоматизации [1].

В проведенных опытах создавали микрокосмы объемом 500 мл, в которых в воду вносили смесь солей Cu, Zn, Cd, Pb и макрофиты Ceratophyllum demersum. Макрофиты были собраны в пруду вблизи р. Москвы на относительно экологически чистом участке в районе г. Звенигорода.

Изучена динамика концентраций металлов Cu, Zn, Cd, Pb в микрокосмах в присутствии макрофитов Ceratophyllum demersum методом инверсионной вольтамперометрии с использованием инверсионного вольтамперометрического анализатора АКВ-МК07 (производство ООО Аквилон). Показано, что в течение нескольких дней происходило снижение концентрации форм этих металлов, определяемых данным методом. Начальные концентрации Cu, Zn, Cd, Pb превышали значения ПДК для этих металлов. После нескольких дней инкубации измеренные концентрации форм металлов, определяемых методом ИВ, были ниже ПДК. В контрольных сосудах без макрофитов такого значительного снижения концентрации определяемых форм металлов не обнаружено. В ходе опыта наряду с измерениями концентраций металлов регистрировали состояние растений. Эти наблюдения выявили признаки токсического воздействия водной среды, содержащих смесь металлов. После нескольких дней инкубации наблюдали фрагментацию растений в форме отделения листовых пластинок от стеблей.

1. 
   Линник Р.П., Линник П.Н., Запорожец О.А. Методы исследования сосуществующих форм металлов в природных водах(обзор).- Методы и объекты химического анализа. 2006, т.1, № 1, С. 4-26.
   

Динамика содержания радионуклидов и тяжелых металлов в почвенном инфильтрационном стоке

Щеглов А.И., Цветнова О.Б.

Факультет почвоведения МГУ, каф. радиоэкологии и экотоксикологии (tsvetnova@mail.ru)

Dynamics of radionyclides and heavy metals in infiltrations flow of soils.

Shcheglov A.I., Tsvetnova O.B.
Глобальное загрязнение окружающей биосферы тяжелыми металлами (ТМ) и радионуклидами (РН) в результате выбросов промышленных предприятий и транспорта, аварий на объектах ЯТЦ придают особое значение и актуальность современным исследованиям по загрязнению водных источников, в том числе грунтовых вод. Содержание ТМ и РН в грунтовых водах во многом определяется их поступлением с нисходящими потоками влаги в почвенном профиле. Вопросам динамики их содержания в водах почвенного инфильтрационного стока посвящены настоящие исследования. Работы проводились в 1986-2006 гг. на стационарных полигонах, заложенных в радиоактивно загрязненных регионах РФ и Украины, включая 30-км зону отселения ЧАЭС. Здесь были организованы учетные площади для изучения состава атмосферных осадков, кроновых, стволовых и лизиметрических вод. Это позволило оценить особенности трансформации нисходящих потоков РН и ТМ на различных этапах после аэральных выпадений.

Проведенные исследования показали, что в исследуемых БГЦ первым выраженным биогеохимическим барьером на пути вертикальной миграции элементов аэральных выпадений, в максимальной степени препятствующим их поступлению в грунтовые воды, является верхняя 0-10 см толща. Наибольшими уровнями концентрации элементов характеризуются лизиметрические воды из лесной подстилки, а наибольший перехват (50 - 70%) элементов, мигрирующих с влагой из подстилки, происходит в слое 5 – 10 см. В нижележащих слоях степень поглощения элементов уменьшается, однако 10-15% их количества, вынесенного из подстилки, проникает глубже 20 - 30 см. В настоящее время с нисходящим током влаги мигрирует незначительное количество РН по сравнению с их общим содержанием в почве. Так, годовой вынос РН с вертикальным внутрипочвенным стоком (ВПС) из слоя 0-5см составляет 0,1-0,3% от общего запаса в этом слое, из слоя 0-20 см – 0,02-0,07%. Относительный вынос 90Sr из слоев 0-10, 0-20 см значительно опережает таковой 137Сs. Вместе с тем при высоких плотностях загрязнения вынос этих элементов, особенно 90Sr, может быть значительным. В отличие от РН техногенных выпадений, концентрация ТМ в лизиметрических водах в основном определяется литогенным фактором и формами нахождения этих элементов в почвах. На большей части территории исследований фактор аэральных выпадений ТМ играет подчиненную роль в формировании состава и концентрации лизиметрических вод.

Учебно-методические материалы.

УДК 574

Химическое загрязнение окружающей среды. Программа учебного курса.

Остроумов С.А.

Москва, Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова
Курс разработан на основе опыта преподавательской работы автора и предназначен для студентов высших учебных заведений, а также для магистрантов, которые учатся в магистратуре. Преподаватель может выбрать различные подходы к структуризации материала. Поэтому излагаемая ниже очередность отдельных пунктов не является обязательной, преподаватель может излагать вопросы в другом порядке и полностью или частично изменить расположение отдельных вопросов в потоке излагаемого материала. Некоторые пункты программы продублированы в двух местах программы – с тем, чтобы подчеркнуть для преподавателя имеющуюся у него возможность излагать эти пункты в одном или другом месте, по своему усмотрению. В данном курсе акцент сделан на изложение фактов о загрязнении как таковом, а не на биологические эффекты, вызываемые загрязнением (что является основным предметом внимания другого курса – экотоксикологии). Поэтому вопросы биологических последствий загрязнения почти не представлены в формулировках пунктов данной программы. Однако, конечно же, полностью избегать изложения этих вопросов невозможно; меру представленности этих вопросов определяет сам преподаватель исходя из объема курса, профиля и заинтересованности обучаемых студентов, а также с учетом того, слушают ли студенты отдельный курс по экотоксикологии.

Необходимо отметить, что существует заразительная точка зрения, основанная на полузнании и связанная с особенностями менталитета части населения, что высокий уровень загрязнения среды является национальной особенностью именно РФ. Это иллюзия, которая опровергается более полным ознакомлением с фактами о загрязнении среды в странах ближнего и дальнего зарубежья. Острота проблем, связанных с загрязнением, ничуть не меньше в Западной и Центральной Европе, США, многих странах Азии. Например, загрязнение воды и продуктов питания (в том числе пестицидами, перхлоратом и другими веществами) – серьезная проблема в США, где автор программы стажировался и знакомился с материалами Агентства охраны окружающей среды США. Хотелось бы отметить это в предисловии к программе, чтобы не повторять эту важную мысль во всех разделах программы. Одной из целей курса является объективное, сбалансированное просвещение слушателей о реальном уровне загрязнения, о путях решения проблем. Преподаватель должен стремиться избежать опасности преувеличений тех или иных аспектов проблематики.

Существенно, что проблемы загрязнения носят глобальный характер, присущи всем странам. Более высокий уровень комфорта и потребления неизбежно связан с более высокими затратами энергии и материальных ресурсов. Поэтому более высокий уровень жизни почти автоматически связан с более высоким уровнем загрязнения среды, хотя это загрязнение бывает искусно замаскировано или частично перенесено в те регионы и страны, где добывается сырье и вырабатывается электроэнергия.

Можно рекомендовать преподавателю заранее приготовиться к ответу на вопросы слушателей, в той или иной степени порожденные малоквалифицированными или тенденциозными высказываниями в средствах массовой информации, которые обладают очень большим воздействием на сознание широкой аудитории. Научный подход к трудным проблемам несовместим с подыгрыванием элементам тенденциозности и истерии, которые нередко сопровождают обсуждение вопросов химического загрязнения. Необходимость различать две вещи: одно – это серьезные и точные факты, их анализ и поиск путей решения проблем; другое – это одностороннее освещение фактов или их тенденциозное пропагандирование, которое ведет к созданию негативных ассоциаций, отравляющих общественное сознание. Задача преподавателя – вести работу в первом направлении и противодействовать второму.

Легких решений в борьбе с загрязнением среды нет, но поиск и реализация решений могут стать еще более затрудненными, если решать эти проблемы силами недостаточно образованных или необъективно информированных людей.

Часть 1. Историческое введение. Творчество В.И.Вернадского, его основные труды, в которых сформулированы важные положения о влиянии человека на биосферу. Другие крупные ученые и их научные труды, сформировавшие современное видение проблем загрязнения. Место проблем химического загрязнения в современной экологии и биогеохимии. Концептуальные связи проблем химического загрязнения, экологической безопасности, санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

<предыдущая страница | следующая страница>