Изучение в МГУ химико-биотических взаимодействий. Вклад Unionidae в формирование биокосного вещества

Изучение в МГУ химико-биотических взаимодействий. Вклад Unionidae в формирование биокосного вещества

Опубликовано в категориях: Научные публикции Просмотров: 587

С.А.Остроумов

Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Москва 119234;

Studies in MSU of chemical-biotic interactions. The contribution of Unionidae to the formation of biocosny matter

S.A. Ostroumov

Faculty of Biology, Moscow State University, Moscow 119234;

АННОТАЦИЯ.

Проведены эксперименты с микрокосмами по получению вещества, выделяемого водными организмами, которые фильтруют воду и выделяют часть отфильтрованного вещества в водную среду микрокосмов. Проведен анализ содержания органических и неорганических веществ в составе выделенного вещества, значительная часть которого оседает на дно и тем самым вносит вклад в формирование донных осадков. Библиография 39 названий.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

химико-биотические взаимодействия, водные организмы, Unionidae, формирование, биокосное вещество, донные осадки, органическое вещество, неорганическое вещество, моллюски.

Вопросам химико-биотических взаимодействий посвящена большая научная литература ([1-27] и др.).

В трудах В.И.Вернадского уделено большое внимание этим вопросам химико-биотических взаимодействий в биосфере [1-5]. В.И.Вернадский неоднократно писал о роли живого вещества (суммы живых организмов) в изменение Лика Земли.

Наряду с многими вопросами химико-биотических взаимодействий, изучаемыми в МГУ (например, [6-9, 28-39] и многие другие работы), представляет интерес вопрос о том, как различные организмы вносят вклад в формирование конкретного вещества тех или иных компонентов экосистем. Среди этих компонентов в случае водных экосистем – донные осадки водоемов и водотоков. Формирование вещества этих осадков проходит под воздействием многих факторов, в том числе биотических. Среди биотических или биогенных факторов – вещество, выделяемое моллюсками-фильтраторами воды. Представляют интерес различные характеристики этого вещества, в том числе соотношение органических и неорганических компонентов в составе этого вещества.

Вопрос о соотношении этих компонентов в составе вещества, выделяемого двустворчатыми пресноводными моллюсками, был практически не изучен. Это относится и к массовому виду моллюсков Unio pictorum. Моллюски этого вида широко распространены, их биомасса в природных экосистемах достигает значительных величин. Вклад выделяемого этими моллюсками вещества в потоки вещества в водных экосистемах соответственно может быть значительным. Часть выделяемого вещества опускается на дно водоемов и водотоков и вносит вклад в формирование органических и неорганических компонентов донных осадков. Отметим, что по терминологии В.И.Вернадского донные осадки являются примером биокосных тел биосферы.

Цель сообщения – изложить некоторые вопросы изучения биогенного осадочного материала, который накапливался в микрокосмах, в которых длительное время инкубировали двустворчатых моллюсков [9]. Источником материала были двустворчатые пресноводные моллюски, а именно моллюски Unio pictorum. Во время инкубации в микрокосмы ничего не добавляли (никаких добавок суспензий водорослей, бактерий).

Целесообразность работ в этом направлении связана с необходимостью углубления знаний элементного состава гидросферы [10].

МЕТОДЫ.

Были взяты образцы желтовато-сероватого осадка, образовавшегося в микрокосмах, где инкубировали моллюсков Unio pictorum. Микрокосм 1 служил контролем, в микрокосм 2 были добавлены соли металлов в два этапа. Подробнее о добавках металлов см. в другой публикации.

Образцы материала осадков, образовавшегося в микрокосмах, отобраны 19 июня. Взятые образцы составили 25% от общего количества осадка в каждом из микрокосмов. Вместе с собственно осадками было взято некоторое количество воды из этих микрокосмов.

Осадки были подготовлены для подробного химического анализа, включая определение элементного состава. Методика подготовки осадков для определения элементов изложена ниже.  Далее описана методика, осуществленная О.А. Тютюнник. Она провела работу, изложенную ниже.

Имелось 2 раствора с осадком, объем каждого из них вместе с осадком составлял 91,5 мл. Первый образец дали отстояться в мерном цилиндре 1 час и измерили объем мокрого осадка, оказавшийся равным 6 мл. Осадок отцентрифугировали 15 мин при 4000 об/мин. Объем полученного осадка составлял 2 мл.

Второй образец обрабатывали аналогично. Объем осадка до центрифугирования был также 6 мл, после центрифугирования 2 мл.

Осадки отфильтровали через предварительно взвешенный бумажный обеззоленный фильтр. В воде измерили элементы. Фильтры высушили на воздухе и взвесили с осадком. Вес воздушно-сухого осадка 1 - 0,2425 г; вес воздушно-сухого осадка 2 - 0,2501 г.

Фильтры с осадком озолили сначала на плитке, а затем в муфеле при 5000С в предварительно взвесив фарфоровые тигли. Взвесили золу после озоления осадков. Вес золы осадка 1 – 0,0856 г; вес золы осадка 2 – 0,0920 г.

Золу растворяли в концентрированной азотной кислоте с добавлением перекиси водорода. Остался нерастворенный осадок. Перенесли в стеклоуглеродный тигель и продолжили разложение золы с добавлением смеси HF и HNO3 . Обработали 2 раза смесью HF и HNO3 , каждый раз доводя до влажных солей. Объем добавленной смеси HF и HNO3 каждый раз составлял 6 мл. Соотношение компонентов в смеси HF:HNO3 = 5:1. Ждали довольно долго, пока не выпарится до влажных солей, так как это процесс шел медленно. Температура при обработке золы и выпаривании около 1400С. В общей сложности на разложение золы ушло 2 дня. Затем перевели соли в азотнокислые, двукратной обработкой азотной кислотой и перекисью водорода. Раствор перевели в колбу на 50 мл в 1М HNO3.

Полученные цифры (единицы измерения: мкг/мл того раствора, который измеряли) затем пересчитывали с учетом разбавлений и навесок.

Дополнительная информация об использованных методах содержится в публикации  [ 9 ]  и других публикациях автора.

РЕЗУЛЬТАТЫ.

Часть полученных результатов изложена ниже в таблице 1.

Таблица 1.

Характеристика воздушно-сухого садка в экспериментальных микрокосмах 1 и 2 (г).

Характеризуемые параметры

Образцы (25% от всего количества осадка в микрокосмах 1 и 2)

Микрокосм 1

Микрокосм 2

Вес воздушно сухого осадка, г

0,2425

0,2501

Вес золы осадка, г

0,0856

0,0920

Вес незольной части осадка, г

0,1569

0,1581

% золы в осадке

35,30

36,79

% незольной части воздушно-сухого осадка

64,70

63,21

Из таблицы 1 видно, что в обоих вариантах (опыт и контроль) доля незольной части воздушно-сухого осадка приблизительно одинакова – 63 - 65%, что свидетельствует о большом содержании органического вещества, удаляемого при озолении материала. А именно, содержание органического вещества превышает 50% и составляет 63,2- 64,7%.

Полученные результаты указывают на существенную роль, которую могут играть моллюски - фильтраторы в формирование химического состава донных седиментов в экосистемах, включая и органическую, и неорганическую компоненты.

Тем самым полученные результаты дополняют современные научные знания о формировании и особенностях состава донных осадков в водных экосистемах  [12-27].

Необходимо отметить, что процессы, связанные с фильтрационной активностью моллюсков, с выделением ими вещества пеллет, с формированием седиментов и их органических компонентов имеют большое значение для самоочищения воды и качества воды [31-39], поэтому существенное значение полученных результатов связано также и с важностью вопросов очищения и качества воды.

БЛАГОДАРНОСТЬ.  Работа проведена благодаря участию Кубраковой И.В. и Тютюнник О.А., которые осуществили химические анализы. Обработка осадков выполнена Тютюнник О.А. Приносится особая благодарность Кубраковой И.В. за создание возможности выполнения работы и за критические замечания.

REFERENCES/ЛИТЕРАТУРА

  1. Вернадский, В.И., 1923. Живое вещество в химии моря. Петроград.: Научное Химико-Техническое Издательство.
  1. Вернадский, В.И., 1967. Биосфера М. Мысль, 1967. 287 с.
  1. Вернадский, В.И., 1934. Проблемы биогеохимии. I. Значение биогеохимии для познания биосферы. Л.: Изд-во АН СССР.
  1. Вернадский, В.И., 1965. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения (Vol. 374). М.: Наука.
  1. Вернадский, В.И., 1983. Очерки геохимии. Наука.
  1. Остроумов С.А. Химико-биотические взаимодействия и новое в учении о биосфере В.И.Вернадского. Москва, 2009, МАКС-пресс. Под ред. акад. Г.В.Добровольского. (Серия: Наука. Образование. Инновации. Выпуск 10). ISBN 978-5-317-03005-6. https://www.academia.edu/1124807/ ;
  1. Ostroumov S.A. The study of the biosphere and chemical-biotic interactions. Изучение биосферы и химико-биотические взаимодействия: Moscow, MAKS Press, 2016. (Series: Ecological Studies, Hazards, Solutions. Issue 21). ISBN 978-5-317-05302-4; https://www.academia.edu/44365963/ ;
  1. Остроумов С. А. Химико-биотические взаимодействия и новое в учении о биосфере. — МАКС-пресс Москва, 2013. — 92 с. https://istina.msu.ru/publications/book/10342718/ ;
  1. Остроумов С.А. Новый малакогенный органический экскретируемый материал.— // Ecol.Stud.Haz.Sol., 2007, vol. 12, p. 84-85.
  1. Корж В.Д. Геохимия элементного состава гидросферы. М. Наука. 1991. 243 с.
  1. Океанология. Химия океана. Т.2. / Отв. ред. И.И.Волков. М.: Наука. 536 с.
  1. Bogush, A.A., Leonova, G.A., Krivonogov, S.K., Bychinsky, V.A., Bobrov, V.A., Maltsev, A.E., Tikhova, V.D., Miroshnichenko, L.V., Kondratyeva, L.M. and Kuzmina, A.E., 2022. Biogeochemistry and element speciation in sapropel from freshwater Lake Dukhovoe (East Baikal region, Russia). Applied Geochemistry, 143, p.105384.
  1. Kulik, N., Efremenko, N., Belkina, N., Strakhovenko, V., Gatalskaya, E. and Orlov, A., 2023. Fe, Mn, Al, Cu, Zn, and Cr in the sedimentary matter of Lake Onego. Quaternary International, 644, pp.134-144.
  1. Dampilova, B.V., Khazheeva, Z.I. and Plyusnin, A.M., 2022. Heavy Metal Species in the Bottom Sediments of the Aquatic System of Lake Gusinoe (Buryatia). Geochemistry International, 60(3), pp.279-285.
  1. Postevaya, M., Dauvalter, V., Slukovskii, Z. and Kudryavtseva, L., 2022. Chemical composition and trophic status of urban lakes of the Arctic zone of the Russian Federation (Murmansk). Ecohydrology, p.e2505.
  1. Strakhovenko, V.D., Belkina, N.A., Efremenko, N.A., Potakhin, M.S., Subetto, D.A., Frolova, L.A., Nigamatzyanova, G.R., Ludikova, A.V. and Ovdina, E.A., 2022. The First Data on the Mineralogy and Geochemistry of the Suspension of Lake Onego. Russian Geology and Geophysics, 63(1), pp.55-71
  1. Litvinenko, Y.S. and Zakharikhina, L.V., 2022. Geochemistry and Radioecology of Waters and Bottom Sediments of the Mzymta River, the Black Sea Coast. Geochemistry International, 60(4), pp.379-394.
  1. Tikhonova, E.A., Soloveva, O.V. and Hiep, N.T., 2022. Organic Matter of the Bottom Sediments of the Ca Gau and Long Tau Rivers in the Can Gio Biosphere Reserve (Vietnam).
  1. Funaki, H., Tsuji, H., Nakanishi, T., Yoshimura, K., Sakuma, K. and Hayashi, S., 2022. Remobilisation of radiocaesium from bottom sediments to water column in reservoirs in Fukushima, Japan. Science of The Total Environment, 812, p.152534.
  1. Dan, S.F., Udoh, E.C. and Wang, Q., 2022. Contamination and ecological risk assessment of heavy metals, and relationship with organic matter sources in surface sediments of the Cross River Estuary and nearshore areas. Journal of Hazardous Materials, 438, p.129531.
  1. Ciesla, M., Gruca-Rokosz, R. and Bartoszek, L., 2022. Significance of organic matter in the process of aggregation of suspended sediments in retention reservoirs. Science of The Total Environment, 815, p.152850.
  1. Smeaton, C. and Austin, W.E.N., 2022. Quality not quantity: Prioritizing the management of sedimentary organic matter across continental shelf seas. Geophysical Research Letters, 49(5), p.e2021GL097481.
  1. Freitas, F.S., Arndt, S., Hendry, K.R., Faust, J.C., Tessin, A.C. and Marz, C., 2022. Benthic organic matter transformation drives pH and carbonate chemistry in Arctic marine sediments. Global Biogeochemical Cycles, 36(7), p.e2021GB007187.
  1. Gurova, Y.S., Gurov, K.I. and Orekhova, N.A., 2022. Characteristics of Bottom Sediments in the Coastal Areas of the Crimean Peninsula. Land, 11(11), p.1884.
  1. Cheriyan, A.S., Moushmi, K.S., Cheriyan, E., Baby, L. and Chandramohanakumar, N., 2022. Sources and degradation of organic matter and its relation to trophic status in the core sediments of a tropical mangrove ecosystem along the southwest coast of India. Marine Chemistry, 244, p.104137.
  1. Du, Y., An, S., He, H., Wen, S., Xing, P. and Duan, H., 2022. Production and transformation of organic matter driven by algal blooms in a shallow lake: Role of sediments. Water Research, 219, p.118560.
  1. Dar, S.A., Bhat, S.U., Rashid, I., Kumar, P., Sharma, R. and Aneaus, S., 2022. Deciphering the source contribution of organic matter accumulation in an urban wetland ecosystem. Land Degradation & Development, 33(13), pp.2390-2404.
  1. Петросян B.C., Шувалова Е.А. Химия и токсикология окружающей среды. Москва, Издательство ООО "Буки Веди", 2017.-640 с.
  1. Петросян, В.С., Шувалова, Е.А., Лухтанов, В.Т. and Кульнев, В.В., 2015. Предотвращение загрязнения природных водоёмов цианотоксинами с помощью микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР№ С-111. Экология и промышленность России, 19(4), pp.36-41.
  1. Петросян, В.С. and Шувалова, Е.А., 2017. Химия, человек и окружающая среда. М.: ООО "Буки Веди".-472 с.
  1. Ostroumov S.A., An aquatic ecosystem: a large-scale diversified bioreactor with a water self-purification function, Doklady Biological Sciences, 2000, Vol. 374. pp. 514-516. https://www.academia.edu/68650464/ ;
  1. Ostroumov, S.A., On the Biotic Self-purification of Aquatic Ecosystems: Elements of the Theory, Doklady Biological Sciences, 2004, V. 396, pp. 206–211. DOI: https://doi.org/10.1023/B:DOBS.0000033278.12858.12 ; https://www.academia.edu/40842047/ ;
  1. Ostroumov, S.A., Biocontrol of water quality: Multifunctional role of biota in water self-purification. Russ J Gen Chem, 2010, V. 80, pp. 2754–2761. DOI: https://doi.org/10.1134/S1070363210130086;https://www.academia.edu/1892485/ ;
  1. Ostroumov, S.A., Water Quality and Conditioning in Natural Ecosystems: Biomachinery Theory of Self-Purification of Water, Russ J Gen Chem, 2017, V. 87, pp. 3199–3204. DOI: https://doi.org/10.1134/S107036321713014X ; https://www.academia.edu/44021682/
  1. Остроумов С.А., Гидробионты в самоочищении вод и биогенной миграции элементов. (Hydrobionts in water self-purification and biogenic migration of elements). Москва, МАКС-Пресс. 2008, 200 с. https://www.academia.edu/69777223/ ;
  1. Ostroumov, S.A., On Some Issues of Maintaining Water Quality and Self-Purification, Water Resources, 2005, V. 32, pp. 305–313. https://doi.org/10.1007/s11268-005-0039-7 ; https://www.academia.edu/790308/ ; https://www.academia.edu/40353116/;
  1. Ostroumov, S.A., On the Multifunctional Role of the Biota in the Self-Purification of Aquatic Ecosystems. Russ J Ecol (Russian Journal of Ecology), 2005,   36, pp. 414–420. DOI:   https://doi.org/10.1007/s11184-005-0095-x ; https://www.academia.edu/1893226/;
  1. Ostroumov S. A., Biomachinery for maintaining water quality and natural water self-purification in marine and estuarine systems: elements of a qualitative theory. // International Journal of Oceans and Oceanography, 2006, Vol. 1(1), pp. 111–118. https://www.academia.edu/44091281/ ;
  1. Ostroumov S.A., The theory of the hydrobiological mechanism of water self-purification in water bodies: from theory to practice. // In book: Proceedings of the 4th International Iran and Russia Conference in Agriculture and Natural Resources. (Shahrekord-Iran. September 8-10, 2004. Eds. S. Sadatinejad, Sh. Mohammadi, A. Soltani, A. Ranjbar), 2004, pp. 1251-1253. https://www.academia.edu/782334/ ;

__

О статье  «Изучение в МГУ химико-биотических взаимодействий. Вклад Unionidae в формирование биокосного вещества».

В рецензируемой статье проведены уникальные эксперименты по получению и химической характеристике вещества, выделяемого (экскретируемого) моллюсками семейства Unionidae. Это вещество затем оседает на дно и вносит вклад в формирование вещества донных осадков (седиментов). В работе определено соотношение органического и неорганического вещества в этих выделениях моллюсков. Насколько мне известно, определение соотношения органического и неорганического вещества в этом материале сделано впервые. В работе сделан интересный анализ результатов в связи с крупной проблемой химико-биотических взаимодействий в биосфере. Работа содержит интересные научные результаты и еще более интересный анализ, заслуживает опубликования.

Доктор биологических наук, профессор В.В.Ермаков, Заслуженный деятель науки Российской Федерации.

Яндекс.Метрика