Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №12/2003

ДЕТСКИЕ РАБОТЫ

М.БУШУЕВ,
О.ЯЗОВСКАЯ,
Н.ИЕРУСАЛИМОВА,
учащиеся 11-го класса
Руководитель: П.И. ЛИПАТОВ,
учитель биологии

Изучение влияния фенола на развитие линейных дрозофил

Введение

Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом, а также с окружающей средой. Термин «экология» впервые был введен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Это слово образовано из двух греческих слов: oikos – дом, жилище, и logos – учение, наука, и означает нечто вроде науки о земном «хозяйстве». Однако хозяйственная деятельность человека зачастую приводит к загрязнению окружающей среды, к гибели растительного и животного мира, к истощению и исчезновению рек, лесов. Складываются неблагоприятные условия и для жизни самого человека.

В цивилизованных странах осуществляется экологический контроль над деятельностью промышленных предприятий, а до реализации любого проекта необходимо представить данные об ожидаемом воздействии на окружающую среду.

В Российской Федерации принят Закон «Об охране окружающей среды». На основании этого закона Министерством экологии России в октябре 1992 г. была создана специальная Экспертная комиссия для проведения оценки экологической ситуации в Кемеровской области.

На территории области площадью 95,7 тыс. км2, проживает 3,18 млн человек. Из них 86% проживают в городах; 65% населения и 65% промышленных предприятий сосредоточено вдоль берегов реки Томи.

Площадь лесов в регионе за последние 5 лет уменьшилась на 0,5 млн га. Лишь 20% лесов остались в естественном, ненарушенном, состоянии, 106 (12%) малых рек уничтожено. В атмосферу Кузбасса выбрасывается более 100 различных вредных веществ. Крупными источниками загрязнения воздушного бассейна являются 932 промышленных предприятия.

Ежегодный валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу составляет 1,2–1,7 млн т. Это 542 кг вредных выбросов на одного жителя области. Вокруг городов в почве накапливаются в большом количестве тяжелые металлы, отходы различных производств. В Кузбассе нарушено 100 тыс. га земель, из них 40 тыс. га – открытыми горными разработками и более 20 тыс. га – при подземной добыче угля.

Идет интенсивное загрязнение поверхностных и подземных вод. В год более 300 млн м3 сточных вод практически без очистки сбрасывается в водоемы. На одного жителя в год приходится около 230 м3 загрязненных сточных вод. В области 111 предприятий в технологическом процессе используют сильнодействующие ядовитые вещества.

Наиболее «опасными» для здоровья человека являются города Кемерово и Новокузнецк, но и мелкие города испытывают на себе влияние этих промышленных монстров.

Формирование промышленности и поселков вокруг промышленных предприятий началось в Кузбассе еще в 1930-е гг. Стихийная застройка городов привела к тому, что в них практически нет санитарно-защитной зоны. Плотность населения в Кузбассе составляет 33,2 чел/км2, в то время как, например, в Новосибирской области – 15,3 чел/км2, в Алтайском крае – 10,8 чел/км2.

Загрязнение окружающей среды в Кузбассе сказывается на состоянии здоровья населения. Рождаемость в области снижается (с 17,1 на 1 тыс. человек в 1986 г. до 12,6 в 1990 г.), а смертность растет (с 9,9 на 1 тыс. жителей в 1988 г. до 11,04 в 1990 г.). При этом среди умерших 1/3 была в трудоспособном возрасте. Средняя продолжительность жизни составляет 57,5 лет для мужчин и 70,1 года для женщин. Детская смертность – самая высокая по России (в 1990 г. она составила 20,8 на 1 тыс. детей), а частота мертворождений увеличилась в период с 1986 по 1990 г. в два раза. Начиная с 1992 г. в области зарегистрирован отрицательный прирост населения.

За последние 20 лет уровень заболеваемости в области вырос в 1,4 раза; 20% всех онкологических заболеваний составляет рак легких, трахей, бронхов. Профессиональная заболеваемость в области на 17% выше, чем в среднем по России.

Экспертная комиссия сделала вывод, что по степени деградации окружающей среды и здоровья населения крупные промышленные центры Кузбасса следует отнести к зонам экологического бедствия. Важнейшую роль в этом играют химические загрязнители окружающей среды.

Изучение влияния различных химических загрязнителей на живые организмы проводится на различных модельных объектах. Для этого используются мыши, морские свинки, овес, кукуруза и другие организмы. Модельный объект должен отвечать определенным требованиям: большая плодовитость при коротком сроке развития, широкие пределы наследственной изменчивости (мутации), простота в разведении и содержании.

Со времен Т.Х. Моргана классическим объектом исследования изменчивости стала плодовая мушка дрозофила (Drosophila melanogaster). Это связано с ее следующими исключительными качествами.

1. Короткий срок развития от яйца до взрослого организма (около 10 дней) при температуре 24–25 ўС.
2. Высокая плодовитость – до 100 яиц за одну кладку от одной самки.
3. Богатство наследственных рас, отличающихся окраской тела и глаз, длиной и формой крыльев, количеством и формой щетинок и другими признаками.
4. Малое количество хромосом (всего 4 пары).
5. Простота разведения – достаточно пробирок или пенициллиновых флаконов с питательной средой.

Все это делает дрозофилу незаменимым модельным объектом при изучении влияния различных веществ на живые организмы, поэтому она была использована и в нашей работе.

Целью нашей работы было изучение влияния фенола на развитие дрозофилы.

Фенол – высокотоксичное вещество, однако часто он присутствует в атмосфере и сточных водах в значительных концентрациях. Например, в атмосфере Новокузнецка в 1994 г. она превышала ПДК в 10 раз. Мы изучали, как фенол, включенный в состав корма, влияет на развитие дрозофил разных линий и разных серий скрещивания.

Материалы и методы

В опытах использовались дрозофилы линии 315 – ebony (темное тело) и линии 301 – yellow (желтое тело). Для скрещивания отбирались виргинные самцы и самки. Питательная среда, на которой развивались дрозофилы, включала следующие компоненты: агар – 3,5 г; крахмал – 6 г; сахар – 18 г; манная крупа – 18 г; дрожжи – 20 г; вода – 450 мл.

Опыты с каждой линией состояли из 5 серий.

  • Контроль № 1: нормальный самец х нормальная самка (нормальная среда).

  • Контроль № 2: нормальный самец х нормальная самка (среда с фенолом).

  • Серия № 1: нормальный самец х пораженная* самка (нормальная среда).

  • Серия № 2: пораженный самец х нормальная самка (нормальная среда).

  • Серия № 3: пораженный самец х пораженная самка (нормальная среда).

Была отработана методика содержания и разведения мух. Проведены 3 повтора контрольного (№ 1) разведения. Фиксировались сроки и интенсивность прохождения основных стадий развития дрозофилы, средние значения которых приведены в таблице и на графиках.

Для получения мух для опытных серий скрещивали самцов и самок и пересаживали их на среду, содержащую 0,05% фенола. При этом проводили те же замеры, что и в контроле № 1. Это был еще один своеобразный контроль (№ 2). Потомство, развившееся на среде с фенолом, использовали затем в опытах.

Скрещивания проводились в пенициллиновых флаконах емкостью 10 мл. Количество среды в одном флаконе составляло 2–3 мл. Для скрещивания в один флакон помещали 5 самок и 3 самцов. Определяли время начала окукливания, начала вылета мух, количество куколок и количество вылетевших мух в течение первых 5 дней лёта (в последующие дни количество вылетавших снижалось практически до нуля).

Результаты экспериментов и их обсуждение

Линия 315

Окукливание в контроле № 1 происходило в среднем на 3 дня раньше, чем у мух, развившихся на среде с фенолом (контроль № 2). Задержка проявляется и в сроках основного окукливания мух: максимальное окукливание приходится на 8-й и 11-й день соответственно. При этом наблюдается увеличение количества куколок на одну самку с 3,3 до 5,06 соответственно. Лёт начинается на 11-й день у мух на чистой среде и на 15-й день у мух на фенольной среде. Максимальный лёт наблюдается на 16-й и 17-й дни, причем с увеличением с 2,0 до 4,9 на одну самку.

Таким образом, окукливание и вылет мух на фенольной среде начинается позже по сравнению с контролем и заканчивается раньше, количество же мух и куколок в дни вылета увеличивается. В сериях № 1 (пораженные самки и нормальные самцы) и № 2 (пораженные самцы и нормальные самки ) окукливание началось на 6 день после посадки, а в серии № 3 (пораженные самки и пораженные самцы) – на 7 день и составило соответственно 0,04, 0,1 и 1,375 в среднем на одну самку.

Пик же окукливания наблюдался на 8-й день и составил во всех сериях чуть больше 7 куколок на одну самку. В 10–11-й дни окукливание практически прекращалось.

Вылет мух начинался на 12-й день после посадки. В серии № 1 он составил 2,63 мухи на 1 самку, в серии № 2 – 4,04, а в серии № 3 – 1,6. Пик вылета наблюдался на следующий день и составлял 6,52, 4,74 и 6 мух на одну самку соответственно.

Динамика вылета мух дрозофил

Динамика окукливания дрозофил

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

– окукливание при развитии на фенольной среде или использовании пораженных мух в скрещивании задерживается по сравнению с контрольным, т.е. увеличивается этап «яйцо–личинка–куколка»;
– задержка в развитии определяется в большей степени средой, на которой содержатся мухи, чем изменениями, которые могли возникнуть у мух, выросших на среде с фенолом ;
– пик окукливания также зависит от среды;
– среднее количество куколок в опыте и при скрещивании пораженных мух в пиковые дни увеличивается (с 3,3 до 7 и более);
– начало лёта мух при содержании их на фенольной среде также затягивается, но происходит в более сжатые сроки (не с 11-го по 19-й день, а с 15-го по 19-й), причем, если начало лёта отстает от контрольного на 4 дня, то срок массового лёта лишь на один день;
– сокращение периода развития куколок более заметно при скрещивании пораженных мух с обычными: начало лёта запаздывает на один день (12 вместо 11), а вот максимума лёт достигает на 13-й день (в контроле на 16-й), т.е. идет опережение вылета мух;
– наблюдается увеличение среднего количества вылетевших мух на 1 самку в дни массового вылета до 2,0; 6,52; 4,74; 6.0 особей соответственно.

Линия 301

Подобные исследования были проведены и с дрозофилами линии 301: составы питательных сред, условия содержания и разведения, а также скрещивания были такими же, как в предыдущем случае.

На основании анализа данных, полученных во всех 5 сериях, можно сделать следующие выводы относительно процессов окукливания и вылета мух:

– при содержании мух на фенольной среде (контроль № 2) начало окукливания запаздывает на 5 дней (9-й день вместо 5-го в контроле № 1);
– в среде с фенолом пик окукливания приходится на 11–12-й день (9-й день в контроле № 1), т.е. прохождение этапа окукливания ускоряется;
– при скрещивании пораженных мух с обычными, массовое окукливание приходится на 7-й день во всех сериях;
– интенсивность окукливания в сериях с пораженными самками (серии № 1 и № 3) несколько снижается в сравнении с контролем (контроль № 1 – 6,7; контроль № 2 – 6,8) и составляет 3,48 и 5,78 соответственно;
– в серии № 3 (пораженные самцы и обычные самки) среднее количество куколок в пиковый срок даже увеличено (7,3);
– наблюдается сокращение сроков прохождения стадии куколки во всех сериях с 8 дней в контроле № 1 до 5–6 дней в сериях № 1–3.
– пик вылета задерживается (15-й день в контроле № 1 и 17-й день в контроле № 2);
– стадия куколки в сериях скрещивания с пораженными мухами проходит быстрее;
– массовый лёт приходится на 13–14-й дни;
– общая протяженность срока вылета снижается с 9 (контроль № 1) до 4–5 дней (серии № 1–3).

Заключение

Таким образом, наличие фенола в питательной среде сходно влияет на онтогенез дрозофил разных линий. В целом действие фенола сводится к следующим эффектам:

– сокращаются сроки прохождения основных этапов онтогенеза;
– раньше наступают пиковые сроки;
– несколько увеличивается плодовитость мух.

С нашей точки зрения, полученные данные могут иметь следующие объяснения.

1. Задержка развития личинок связана с нарушением их питания. Личинка с этой позиции – основа для дальнейшего метаморфоза. Нехватка питательных веществ или токсичные вещества тормозят вхождение личинки в стадию куколки.

2. Опережающее развитие и укороченный цикл развития мух, возможно, объясняется какими-то внутренними резервами, направленными на быстрейшее «освобождение» от вредной среды.

3. Большее количество куколок и мух в пиковые дни может быть следствием увеличения плодовитости мух в связи с токсичностью среды и возможной гибелью потомства.

Данные выводы являются лишь предварительными. Мы не анализировали влияние концентрации фенола на развитие мух, а также не учитывали соотношение особей, входящих в стадию и выходящих из нее. Работы по изучению влияния химических загрязнителей окружающей среды на онтогенез организмов будут продолжаться и в дальнейшем.


*Пораженными считались мухи, выросшие на среде с добавлением фенола (второе поколение).

 

Рейтинг@Mail.ru