Элементарный химический состав костей грызунов как индикатор загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Вопрос загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами одна из актуальных проблем больших городов. Тяжелые металлы накапливаются в почве, перемещаются по пищевым цепям и отрицательно влияют на живые организмы. В городах существуют разнообразные антропогенные источники загрязнения, в основном это автомобильные выхлопы и выбросы с предприятий. Нам стало интересно выяснить существуют ли качественные различия в содержании тяжелых металлов в живых организмах проживающих на территориях с разной степенью загрязнения.

Цель работы:

Выяснить, возможно ли использовать элементарный химический состав костей грызунов в качестве индикатора загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Задачи:

1. Освоить методы определения видовой принадлежности жертв совообразных путем разбора погадок.

2. Проанализировать элементарный химический состав образцов костной ткани двух популяций обыкновенной полевки разных районов Московского региона.

3. Сделать выводы о возможности применения данной методики в качестве индикатора экологического состояния среды.

1. Литературный обзор

1.1 Загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами

Тяжёлые металлы это группа химических элементов, проявляющих свойства металлов со значительным атомным весом либо плотностью. Основными антропогенными источниками загрязнения являются: выхлопные газы автомобилей, сжигание различных отходов, электростанции, сжигающие уголь, горнодобывающая промышленность.

По действию на человеческий организм тяжелые металлы относятся к разным группам опасности:

Сильноопасные As, Cd, Hg, Se, Pb

Умеренноопасные Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr

Слабоопасные Ba, V, W, Mn, Sr

В соответствии с этим устанавливаются разные санитарно-гигиенические нормы их содержания в сельскохозяйственных почвах, в продуктах питания, питьевой воде.

К примеру, в организме человека в норме содержится примерно 2 мг свинца, он стимулирует процессы роста и регенерации тканей, участвует в кальциевом обмене, регулирует уровень гемоглобина в крови. Норма поступления этого элемента в организм не более 20 мкг/сутки. В малых дозах элемент необходим. Однако, в избытке, и особенно при недостатке кальция, заменяет его в костной ткани и приводит к остеомаляции (размягчение костей). На данный момент от избытка тяжелых металлов в городе сложно избавиться так как они и их источники находятся повсюду.

1.2 Тяжелые металлы в пищевых цепях

Почва занимает переходное положение между «живым» и «неживым». В ней в тесной связи находятся живые организмы, минеральные и органические вещества. Поллютанты из выхлопных газов машин оседают и накапливаются в почве, но на этом их перемещения не заканчиваются, они поступают в растения, и далее по пищевым цепям в организмы животных, в том числе и человека (Рис.1). При загрязнении почв металлами из атмосферного воздуха, содержание их больше в верхних горизонтах, а с глубиной снижается.

Рисунок 1. Схема миграции тяжелых металлов в пищевых цепях

Однако, тяжелые металлы способны накапливаться не только в почве, но и в живых организмах. Этот процесс называется - биоаккумуляцией, то есть накоплением организмом химических веществ, поступающих из окружающей среды в концентрации большей, чем находится в окружающей среде. Чаще всего накопление происходит в жировой и костной ткани, печени, селезенке и почках.

1.3 Особенности питания совообразных

химический тяжелый металл млекопитающий

Модельным объектом нашего изучения стали кости обыкновенной полевки из погадок ушастой совы (Asio otus). В Московской области и Москве это широко распространённый, гнездящийся вид. Мелкие млекопитающие составляют основу кормовой базы ушастой совы, при этом основная доля рациона - более 95%-- приходится на мышевидных грызунов. Ловит она и землероек, но на их долю приходится менее 1%. Исследования многих ученых показали, что эта сова может ловить и более крупную добычу (белки, крысы, ласки), а так же майских жуков, лягушек, рыб и ящериц.

Совы, как и многие другие хищные птицы, отрыгивают спрессованные непереваренные остатки (шерсть, кости, надкрылья) своих жертв в виде погадок. Они представляют из себя хороший материал для изучения питания, так как по остаткам жертвы можно определить ее пол, возраст, видовую принадлежность. При разборе погадок можно узнать: какими видами и в каком соотношении питается данный вид сов, существует ли индивидуальная избирательность у птиц, как соотносится численность мышевидных грызунов и их число отловленное совой, животные какого пола и возраста становятся жертвами, меняется ли эта картина по сезонам и многие другие аспекты отношений типа хищник-жертва.

Погадки собирают на присадах, излюбленных местах птиц для отдыха и поедания добычи, снабжают этикетками и разбирают в лабораторных условиях.

2. Материалы и методы

2.1 Материалы

Кости обыкновенной полевки для анализа предоставлены нам кафедрой Зоологии и экологии Института биологии и химии МПГУ. На кафедре занимаются изучением совообразных, и имеется большая коллекция посвящённая их питанию. Нами проанализированы сборы из двух территорий (Рис. 2): парка 50-летия октября, который расположен на юго-западе Москвы, и заказника "Журавлиная родина" расположенный в Талдомском районе на севере Подмосковья.

Рисунок 2. Места сбора погадок используемых в анализе

Из каждой точки взято по 3 сбора содержащие в себе тазовые и нижнечелюстные кости обыкновенной полевки (Рис. 3). Сбор это погадки собранные в одном месте, в одно число и принадлежащие одной сове.

Рисунок 3. Анализируемые сборы

Для определения элементного состава костной ткани при сотрудничеств с Российским Федеральным центом судебной экспертизы удалось провести рентгеноспектральный флуоресцентный анализ.

2.2 Методика изучения питания совообразных

Сбор погадок в природе трудоемкое занятие, надо выяснить примерное расположение территории совы и найти присады или гнездо под которыми обычно и находятся погадки. Каждый сбор снабжается этикеткой где указывается: точное место, дата, количество погадок, предполагаемый вид совы и ФИО сборщика. Далее погадки разбираются в лаборатории.

Нам удалось принять участие в работе специалистов и познакомиться с методами изучение питание сов.Погадки размачиваются в мыльном растворе, пинцетом выбираются сохранившиеся объекты необходимые для анализа, проводится определение под бинокуляром и занесение данных в базу, обработанный сбор складывается в емкость для хранения и снабжается этикеткой, моются руки и инструменты, после обрабатываются антисептическим раствором.

Определение грызунов происходит по зубной системе. Мыши и крысы имеют бугорчатые зубы, а полевки зубы с боковыми выростами «петлями». Обыкновенная полевка имеет 3 зуба на нижней челюсти и на первом зубе 5 петель с одной стороны и 4 с другой.

Для точного определения существуют специальные определители и схемы (Рис.4). Из всех видов для анализа мы выбрали именно обыкновенную полевку, так как она является растительноядным грызуном, основной жертвой ушастой совы и встречается во всех сборах.

Рисунок 4. Схема определения мелких млекопитающих по форме зубов

2.3 Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ

Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ на содержание тяжелых металлов в костях проведен в Российском Федеральном центе судебной экспертизы. Этот метод является очень точным, и способным анализировать разнообразные материалы очень небольших размеров. РФА это метод элементного анализа, основанный на изучении спектра рентгеновских лучей, прошедших сквозь образец или испущенных им. При облучении у атома удаляются электроны из внутренних оболочек. Электроны из внешних оболочек перескакивают на вакантные места, высвобождая избыточную энергию в виде кванта рентгеновского диапазона или передавая её другому электрону из внешних оболочек.

Атомы разных элементов испускают фотоны со строго определёнными энергиями, измерив которые можно определить качественный элементный состав. Для измерения количества элемента регистрируется интенсивность излучения с определённой энергией.

Можно получить:

* качественные данные (из каких химических элементов состоит образец)

* количественные (количество каждого из элементов в образце)

3. Результаты работы и их обсуждение

Исследования проведены на рентгенофлуоресцентном анализаторе Orbis PC производства фирмы Edax США. Детектор рентгеновского излучения - кремнийдрейфовый детектор (SDD) площадью 30 мм2 среда анализа - воздух. В результате анализа получается график, показывающий найденные элементы (Рис 5). После анализа графиков мы составили таблицу (Табл. 1), отображающую найденные элементы в костной ткани полевок с двух территорий.

Рисунок 5. Результаты рентгеноспектрального анализа

Таблица 1. Элементы содержащиеся в костной ткани 2 популяций обыкновенной полевки

Таким образом, мы видим, что отличия в элементном составе отсутствуют. Однако, мы не можем с точностью говорить о норме содержания тех или иных элементов в костях. Для этого следовало бы рассчитать среднее содержание на определенную площадь и ориентироваться на неё. По нашему мнению, отсутствие отличий в элементарном составе, может быть связано с непродолжительной жизнью обыкновенной полевки (4,5 месяца) и её промежуточном положении в пищевой цепи. Полёвка просто не успевает аккумулироваться в себе тяжелые металлы. Так же, возможно металлы накапливаются не в костях, а в жировой ткани или печени.

Заключение

1. В костной ткани обыкновенной полевки содержится 8 химических элементов: кальций, фосфор, сера, медь, железо, стронций, цинк и цирконий. К тяжелым металлам из них относятся цинк и стронций.

2. В элементарном составе костей отличий между 2 популяциями разных территорий не выявлено. Проведение количественного анализа затруднено, в связи с этим, элементарный анализ костей грызунов не может являться индикатором загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.

Хотелось бы выразить благодарность руководителю работы Евсеевой Анне Михайловне, сотрудникам МПГУ и специалистам, которые помогли провести нам анализ.

Литература

1. Безель В.С. и др. Элементный состав рационов питания и тканей мелких млекопитающих различных трофических уровней как биоиндикатор химического загрязнения окружающей среды //Химия в интересах устойчивого развития. - 2007. - Т. 15. - №. 1. - С. 33-42.

2. Орлов. Д.С. Химическое загрязнение почв и их охрана, словарь-справочник / Д.С. Орлов, М.С. Малинина, Л.К. Мотузова, Л.К. Садовникова, Т.А. Соколова - М.: Агропроиздат, 1991, 303 с.

3. Пукинский Ю.Б. Жизнь сов. - 1977. - 260 с.

4. Теплая Г.А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды (обзор литературы) //Астраханский вестник экологического образования. - 2013. - №. 1 (23).

5. Шариков А.В. и др. Обзор питания сов в Москве и Подмосковье //Совы Северной Евразии: экология, пространственное и биотопическое распределение. М. - 2009. - С. 188.

Размещено на Allbest.ru