3. П.М. Жадан, д.б.н. - Исследования влияния загрязнения морской среды на функционирование морских организмов Работы проводились береговым отрядом лаб. исследования загрязнения и экологии ТОИ совместно с ИБМ ДВО РАН в период с 1 марта по 30 ноября 2009 г. на МЭС «о. Попова», в Амурском, Уссурийском заливах, в районе б. Киевка, Рудная Пристань и зал. Восток. Основание для организации экспедиции (проекты, программы, договора, соглашения, гранты и т.д.) Госбюджет. Тема: Динамика и продуктивность экосистем дальневосточных морей России в условиях современной хозяйственной деятельности и глобального изменения климата. Исследование состояния и функционирования морских экосистем дальневосточных морей и их продукционных возможностей». Раздел 4. Численность, видовое разнообразие и особенности функционирования морских организмов в нативных и импактных прибрежных экосистемах. Гранты ДВО РАН и ДВО РАН-РФФИ №№: 09-3-А-06-230; 09-3-А-06-232; 09-3-А06-194; 09-04-98569р_восток_а; 09-04-98562р_восток_а; 06-3-В-07-301;, 09-3-В-06-279; 093-А-07-362. Цели экспедиции Цель работ – исследование влияния загрязнения функционирование морских организмов. морской среды на Задачи экспедиции. 1) Исследование природы, обнаруженного нами в 2008 г., блокирования нереста у морских ежей, обитающих на северо-востоке Приморского края. 2) Исследование нарушений репродуктивного цикла у донных беспозвоночных (морских ежей и двустворчатых моллюсков), обитающих в условиях хронического загрязнения. 3) Исследования таксономического разнообразия зоопланктона прибрежных экосистем северо-западной части Японского моря, и выявление возможных изменений в связи с изменяющимся гидрологическим режимом и антропогенной нагрузкой. Методы измерений и обработки данных Морфометрические (определение гонадного индекса), гистологические (определение стадии репродуктивного цикла, индекса зрелости гонад, выявление гистопатологических изменений), эмбриологические (эмбриональное и личиночное развитие) электронно-микроскопические (исследование ультраструктуры половых и вспомогательных клеток), микроспектрофлуориметрические (определение содержания липофусцина и половых стероидных гормонов) и физико-химические (анализ содержания ТМ, НУ, ГХЦГ и ДДТ). Используемые технические средства и их краткая характеристика Сбор материала проводился водолазами ИБМ. Работы проведены на моторной лодке типа «Зодиак», принадлежащей ИБМ и типа «Прогресс», принадлежащей ДВГУ. Объемы выполненных работ Регулярные исследования проводились на 13 станциях. Станции, № 1–3 (б. Рудная (у пос. Рудная пристань), б. Киевка, зал. Восток) расположены у северо-восточного побережья Приморского края; № 4–9 (б. Манджур, Рыбачий поселок (в 300 м от тела городской свалки), б. Патрокл, м. Жидкова, б. Жидкова, о-ва Верховского) расположены в Уссурийском заливе и №10–13 (б. Спортивная Гавань, б. Алексеева, пролив Старка и о. Рейнеке) – в Амурском заливе (см. рис.). На всех станциях проведен отбор морских ежей Strongylocentrotus intermedius и водорослей. На станциях Спортивная Гавань, б. Алексеева, б. Киевка, б. Витязь проведен также отбор мидий и модиолусов (Crenomytilus grayanus и Modiolus kurilensis). На станциях б. Киевка и Спортивная Гавань отбор материала проводился ежемесячно в течение всего года. На остальных станциях с апреля по ноябрь. Единичный сбор материала проводили в б. Врангель, б. Гранитная, б. Преображения и б. Кит. Объем выборки составлял от 30 до 150 шт. каждого вида донных беспозвоночных. Еженедельно в течение июня - августа проводился отбор проб микробентоса в б. Киевка. Предварительные научные результаты работ Исследованы особенности репродуктивного цикла в поселении морских ежей S. intermedius в б. Киевка, в которой осенью 2008 г. мы зарегистрировали отсутствие нереста у большинства особей поселения. Показано, что у большинства морских ежей, не завершивший репродуктивный цикл нерестом, зрелые половые клетки подверглись резорбции в течение октября 2008 г – марта 2009 г. У отдельных особей обоего пола этот процесс продолжался вплоть до мая 2009 г. Параллельно процессу резорбции, начиная с декабря 2008 г., наблюдалось формирование половых клеток новой генерации. К концу августа 2009 г. большинство морских ежей достигли преднерестовой стадии. Вместе с тем, в сентябре – октябре 2009 г мы вновь зарегистрировали отсутствие нереста у почти 50% морских ежей на этой станции. На станции б. Рудная доля морских ежей, не закончивших репродуктивный цикл нерестом, составила около 30%, а на станции зал. Восток – 0%. На станциях расположенных в Амурском и Уссурийском заливах блокирование нереста в сезон 2009 г., как и в исследованиях предыдущих лет, выявлено не было. Исходя из того, что станции б. Киевка и б. Рудная располагаются в олиготрофных районах, тогда как воды зал. Восток, и особенно Амурского и Уссурийского заливов эвтрофированы, мы предположили, что блокирование нереста у S. intermedius связано с низкой концентрацией фитопланктона, которая недостаточна для стимуляции нереста. Проверку этого предположения мы провели на дополнительных станциях (б. Врангель, б. Гранитная, б. Преображения и б. Кит), которые выбрали на основании спутниковых данных о концентрации хлорофилла А. Получены данные о том, что в закрытых бухтах с относительно высокой концентрацией хлорофилла А блокирование нереста у морских ежей встречалось значительно реже, чем в открытых бухтах. Проведены исследования природы смещения репродуктивного цикла у морских ежей, обитающих в условиях хронического загрязнения в 2009 г., которые подтвердили ранее сделанный вывод о том, что причиной смещения сроков нереста с осени на весеннелетний период является загрязнение среды обитания. Особенностью сезона 2009 г. был скрининговый характер исследований. В 2009 году, помимо станций постоянного мониторинга, исследования были проведены еще на 10 станциях. Полученны данные о том, что на станциях б. Киевка, б. Рудная и в зал. Восток, лишь около 5% животных в выборке имели зрелые половые продукты в мае. На станциях в Амурском и Уссурийском заливах доля морских ежей готовых к нересту в мае и начале июня была значительно выше. Она была максимальна на наиболее загрязненных станциях Спортивная гавань и Рыбачий поселок (90 – 100%), и минимальна на островной станции о-ва Верховского (38%). Помимо гистологических исследований был проведен анализ популяционногенетической структуры поселений морского ежа с различными сроками нереста на станциях Спортивная Гавань и б. Алексеева (о-в Попова) в Амурском заливе, б. Патрокл в Уссурийском заливе, зал. Восток, б. Киевка и б. Рудная по 7 аллозимным локусам, кодирующим ферменты: глюкозофосфатизомераза ( EC 4.3.1.5; Gpi), глутаматоксалоацетат трансаминаза (EC 2.6.1.1; Got-1), маннозофосфатизомераза ( EC 5.3.1.8; Mpi), неорганическая пирофосфатаза (EC 3.6.1.1; Ipp), и пептидазы (EC 3.4.11; Pep-1, Pep-2). В этих исследованиях выявлена статистически значимая популяционногенетическая дифференцировка внутри всех исследованных поселений морского ежа и независимость степени их генетической гетерогенности от географического расстояния. Это свидетельствует о том, что на популяционно-генетическую структуру S. intermedius в каждом из исследованных районов могут влиять локальные факторы, например изменение химического состава среды обитания. Иными словами, в основе изменения репродуктивной стратегии лежит фенотипическая пластичность (изменчивость) вида (то есть способности одного генотипа обеспечивать разные варианты репродуктивного цикла вида в ответ на меняющиеся условия среды). Определение содержания ТМ в водорослях, содержимом кишечника, стенке кишечника и гонадах показало, что оно максимально на станции Рыбачий поселок (у городской свалки) и минимально на станции Киевка. Вместе с тем, предварительное сопоставление данных о содержании ТМ и о доле морских ежей, нерестящихся в аномальные сроки, не позволяет считать, что между этими показателями существует прямая связь. Выводы Объем запланированных работ выполнен полностью. Ведется обработка полученных материалов. Исследовано раннее неизвестное явление: блокирование воспроизводства морских ежей на стадии нереста. Предполагается, что отсутствие нереста обусловлено низкой концентрацией фитопланктона. Исследование природы смещения репродуктивного цикла в загрязненных водах дают основания считать, что изменение репродуктивной стратегии морских ежей связано с фенотипической пластичностью вида, а не с генетической неоднородностью популяции. Схема районов работ в береговой экспедиции экологического отряда в период с 1 марта по 30 ноября 2009 г.