Закономерности распределения ртути в тканях позвоночных трофических сетей наземных и водных экосистем различных ландшафтов средней тайги

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-24-00385

НазваниеЗакономерности распределения ртути в тканях позвоночных трофических сетей наземных и водных экосистем различных ландшафтов средней тайги

Руководитель Иванова Елена Сергеевна, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Череповецкий государственный университет" , Вологодская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-107 - Экология биосистем

Ключевые слова ртуть, пищевые сети, биогенная миграция, стабильные изотопы, изотопная экология

Код ГРНТИ87.00.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Закономерности распределения ртути в трофической сети наземных экосистем к настоящему времени остаются слабо изученными, в отличие от водных, где в последние десятилетия установлены основные элементы, составляющие как сам поток металла, так и его интенсивность. Поскольку миграция ртути в биосфере тесно связана с водой, то установление связей между степенью увлажнения ландшафта и накоплением ртути в трофических сетях, особенно наземных, одна из фундаментальных проблем современной биогеохимии. В наземных экосистемах, также как и в водных, содержание ртути, как правило, в живых растительных объектах значительно меньше, чем в почвах, донных отложениях рек и озер, в тканях животных (беспозвоночных и позвоночных). В свою очередь, растительноядные животные (и водные и наземные) содержат ртуть в меньших количествах, чем всеядные или хищные. Содержание ртути возрастает многократно в биомассе отмершего растительного покрова в процессе его разложения. Что может свидетельствовать лишь о доминирующей роли бактериальной биомассы в вовлечении ртути в трофические сети. Давно и регулярно в литературных источниках подтверждается тезис о том, что в дистрофных или олиготрофных озерах регистрируется повышенное содержание ртути в мышцах рыб. Там, где бактериальная продукция может быть выше, чем продукция фитопланктона. В настоящее время можно инструментально определить ресурсную базу углерода, ассоциированного с ртутью. Обогащение тяжелым изотопом углерода будет свидетельствовать о растительном происхождении, а обеднение о бактериальном. Проект направлен на выявление ландшафтов, где возможно поступление ртути, ассоциированной с бактериями, в наземные экосистемы. И встречный поток с водосборного бассейна в водные экосистемы. Установить, что источником углерода в пищевую сеть является микрофлора можно по пониженному содержанию в ней тяжелого изотопа углерода 13С. В рамках проекта будет определено содержание ртути и соотношение стабильных изотопов углерода и азота в тканях рыб и млекопитающих, повсеместно встречающихся в экосистемах средней тайги северо-запада РФ. Ожидается, что в переувлажненных ландшафтах ткани позвоночных животных будут обеднены тяжелым углеродом и при этом будут отличаться более высокими концентрациями ртути по сравнению с более сухими районами. Результаты внесут вклад в современную экологическую геохимию, токсикологию и экологию биосистем.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Борисов М.Я. , Иванова Е.С., Тропин Н.Ю., Шилова А.Е., Угрюмова Е.В., Баженова Д.Э. Оценка безопасности употребления в пищу рыбы из водоемов Вологодской области с различным содержанием ртути в мышечной ткани ТРАНСФОРМАЦИЯ ЭКОСИСТЕМ, Борисов, М.Я. Иванова Е.С. и др., 2023. Оценка безопасности употребления в пищу рыбы из водоемов Вологодской области с различным содержанием ртути в мышечной ткани. Трансформация экосистем 6 (4), 97–118. https://doi.org/10.23859/estr-230920 (Scopus) (год публикации - 2023)
10.23859/estr-230920

2. Иванова Е.С., Румянцева О.Ю., Удоденко Ю.Г. , Ельцова Л.С., Комов В.Т. Содержание ртути в органах мелких млекопитающих разных геоморфологических областей таежной зоны европейской части России Трансформация экосистем, Иванова, Е.С. и др., 2023. Содержание ртути в органах мелких млекопитающих разных геоморфологических областей таежной зоны европейской части России. Трансформация экосистем 6 (5), 118–133. https://doi.org/10.23859/estr-230717 (год публикации - 2023)
10.23859/estr-230717

3. Румянцева О.Ю., Иванова Е.С. СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ И СООТНОШЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА В ВОЛОСАХ НАСЕЛЕНИЯ С РАЗЛИЧНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ РЫБЫ ИЗ ВОДОЕМОВ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ В РАЦИОНЕ ПИТАНИЯ Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН, Румянцева О.Ю., Иванова Е.С. СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ И СООТНОШЕНИЕ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ АЗОТА И УГЛЕРОДА В ВОЛОСАХ НАСЕЛЕНИЯ С РАЗЛИЧНЫМ КОЛИЧЕСТВОМ РЫБЫ ИЗ ВОДОЕМОВ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ В РАЦИОНЕ ПИТАНИЯ (год публикации - 2023)

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 г. выполнены лабораторные исследования образцов шерсти разных видов рукокрылых (ранее не исследованный в России отряд млекопитающих) и образцы шерсти из коллекций районных краеведческих музеев. Проведена полная статистическая обработка полученных данных в 2023 и 2024 гг. Установлены следующие закономерности распределения ртути в тканях позвоночных трофических сетей наземных и водных экосистем различных ландшафтов средней тайги: 1. Выявлена связь содержания ртути и изотопной подписи у млекопитающих среднетаежной зоны. Установлено, что трофические связи крупных млекопитающих исследуемого региона разнообразны. Показано, что бурый медведь и енотовидная собака питаются преимущественно растительной пищей и находятся на одном трофическим уровне с европейским лосем. При этом концентрация ртути в шерсти енотовидной собаки и лося сопоставимы между собой, в то время как шерсти бурого медведя содержание ртути на порядок выше. Полученные при выполнении плана работ результаты свидетельствуют, что в малопродуктивных экосистемах средней тайги все виды характеризуются широким спектром питания. Особи одного и того же вида могут занимать смежные трофические уровни в локальной пищевой сети. Для млекопитающих западной геоморфологической области значение коэффициента биомагнификации ртути в трофической сети (TMS), а соответственно и скорость вовлечения ртути в пищевую сеть выше, чем в восточной. 2. Установлена роль экологических и социальных факторов, определяющих накопление ртути в волосах жителей Вологодской области. На Северо-Западе Европейской части России, ртуть в экосистемы поступает в основном с атмосферным переносом. В районах с высокой степенью заболоченности территории и большим количеством озер накопление ртути у населения, как и у мелких и хищных млекопитающих статистически значимо выше по сравнению с территорией, где хорошо развита гидрографическая сеть и значительно меньше болот и озер. Таким образом, климатические, орографические и гидрографические условия территории определяют миграционную способность ртути в пищевых сетях. В волосах сельского населения исследованной территории содержание ртути в 3 раза выше, чем в волосах городского населения. Содержание ртути в волосах людей статистически значимо увеличивается с возрастом и не зависит от пола. Количество ртути в волосах населения зависит от количества хищной пресноводной рыбы в их рационе. Выявлена положительная корреляция между соотношением стабильных изотопов азота и количеством ртути в волосах людей. Городское население, в рационе которого белки животного происхождения преимущественно от наземных животных и рыбы из аквакультуры, имеет значения δ15N ниже по сравнению с сельским населением, которое питается в основном дикой рыбой. Низкие значения δ13C в волосах сельского населения, по сравнению с городским, указывают на значительное количество пресноводной рыбы в рационе питания. 3. Установлено, что количество водных и амфибионтных объектов в рационе питания животных определяют повышенные концентрации ртути в их тканях. Ртуть в организм мелких млекопитающих поступает преимущественно с животными объектами питания и в меньшей степени с растительной пищей. Содержание ртути в органах и тканях насекомоядных бурозубок, обитающих вблизи водоемов, в рационе которых больше амфибионтных и водных организмов, выше, по сравнению с особями, обитающими на удалении от водных объектов. Содержание ртути в шерсти рукокрылых в 2-10 раз выше, чем содержание ртути в шерсти хищных млекопитающих и 20-400 раз выше, чем в шерсти грызунов, зайцеобразных, насекомоядных и парнокопытных млекопитающих района исследования. Минимальные концентрации ртути в шерсти рукокрылых отмечены у консервативных видов, максимальные (в три-пять раз выше) – у видов, характеризующихся трофической пластичностью. Гидробионты (в том числе хищные рыбы) обеднены тяжелым изотопом углерода (13C), по сравнению с наземными организмами. Животные, питающиеся преимущественно гидробионтами обеднены 13C и имеют повышенные уровни ртути в организме. 4. Онтогенетическая смена кормовых объектов у окуня усиливает аккумуляцию ртути. Изменение изотопного состава и количества ртути в мышечной ткани окуня связано с онтогенетической сменой кормовых объектов. Расширение видового состава пищевых объектов с ростом окуня приводит к увеличению значения δ15N и увеличению концентрации ртути в мышцах рыбы. Повышение концентрации ртути отмечается с возраста 7+ лет и является следствием увеличения в рационе питания окуня рыб, занимающих более высокий трофический уровень. Изменение рациона питания с возрастом является одним из важных факторов, определяющих накопление ртути в организме окуня. Концентрация ртути в мышцах, у окуня старше 9 лет превышает Федеральные нормативные значения по безопасному потреблению для населения. Содержание ртути и изотопный состав мышечной ткани рыб отличается у особей одного вида, отловленных в разных водоемах. Установлено, что наиболее значимое влияние на аккумуляцию ртути оказывают трофическая структура озера и трофический уровень, занимаемый видом. Концентрация ртути у видов верхних трофических уровней отражает структуру пищевой сети водоема. δ15N статистически значимо положительно коррелирует с уровнем ртути в мышцах рыб. 5. Зарегистрировано изменение изотопного состава углерода и азота в шерсти млекопитающих за временной период 1900-2022 гг. За последнее столетие установлено снижение тяжелого изотопа углерода (13С) в шерсти млекопитающих разных трофических уровней средней тайги Европейской части России в среднем на 2,4 ‰. Как правило, для исследованных видов млекопитающих статистически значимого изменения изотопного состава азота с течением времени не установлено. Вероятно, это связано отсутствием значимых изменений в диете этих животных за последние 100 лет. Такие изменения изотопного состава следует учитывать при работе с коллекционным материалом и при исторической реконструкции распределения ртути в тканях животных наземных и водных экосистем.

Публикации

1. Иванова Е.С., Баженова Д.Э., Комов В.Т., Румянцева О.Ю., Борисов М.Я., Тропин Н.Ю. Assessment of the consumptive safety of mercury in fish from the surface waters in northwestern Russia ICMGP 2024, Cape Town (год публикации - 2024)

2. Иванова Е.С., Ельцова Л.С., Шапкин О.А., Удоденко Ю.Г., Румянцева О.Ю., Певцова Я.Н., Висконтене А.Л., Комов В.Т. Mercury in Fur of Bats in Middle Taiga of the European Part of Russia at Low Anthropogenic Exposure Toxics , Toxics, 12(12), 863. (год публикации - 2024)
doi.org/10.3390/toxics12120863

3. Алексина Ю.Ю., Иванова Е.С., Комов В.Т. Dynamics of the total mercury content in the hair of adolescent residents of the industrial center of Northwest Russia (Cherepovets City) Environmental Science and Pollution Research, Environmental Science and Pollution Research (2024) 31:62950–62961 (год публикации - 2024)
doi.org/10.1007/s11356-024-35354-8

4. Иванова Е.С., Белова М.А., Румянцева О.Ю., Зудилова А.А., Копылов Д.С., Борисов М.Я., Комов В.Т. Effects of lipid extraction on stable isotope ratios of carbon and nitrogen in muscles of freshwater fish Isotopes in Environmental and Health Studies, Isotopes in Environmental and Health Studies, 60(2), 162-173. (год публикации - 2024)
10.1080/10256016.2024.2317379

5. Ельцова Л.С., Иванова Е.С., Комов В.Т., Мизгирева И.Ю., Кузнецова Л.В., Баринова М.С., Савкова И.С., ПлатоноваЕ.В. ИЗОТОПНАЯ ПОДПИСЬ ХИЩНЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ ЭВОЛЮЦИОННЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЖИВОЙ МАТЕРИИ Материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием. Череповецкий государственный университет, 2023 ООО "Издательство "Сад-огород", ООО "Издательство "Сад-огород", 2023. – С. 57-60. – EDN GUXXKV. (год публикации - 2023)

6. Румянцева О.Ю., Иванова Е.С., Комов В.Т. MERCURY CONTENT AND STABLE ISOTOPES RATIO OF NITROGEN AND CARBON IN THE HAIR OF THE POPULATION OF NORTH-WEST RUSSIA ICMGP, 2024, Cape Town, ICMGP, 2024, Cape Town (год публикации - 2024)

7. Певцова Я.Н., Шапкин О.А., Иванова Е.С. СОДЕРЖАНИЕ РТУТИ В ШЕРСТИ РУКОКРЫЛЫХ (CHIROPTERA) ДАРВИНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА Сборник тезисов 27-й Пущинской школы-конференции молодых ученых с международным участием. Пущино, 2024 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук", Пущино: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук" С. 392. – EDN LGDTUH. (год публикации - 2024)

8. Ельцова Л.С, Иванова Е.С., Комов В.Т., Мизгирева И.Ю., Копылов Д.С., Кузнецова Л.В, Баринова М.С., Платонова Н.В., Румянцева О.Ю., Савкова И.С., Поддубная Н.Я. Isotope signatures of Carnivorans hair in the North-West of Russia: the role of diet, behavior and metabolism European Journal of Wildlife Research, 70(5), 99. (год публикации - 2024)
doi.org/10.1007/s10344-024-01851-x

9. Иванова Е.С., Румянцева О.Ю., Копылов Д.С., Елизарова А.С., Комов В.Т. Mercury content and the ratio of stable nitrogen isotopes in the hair of residents from industrial city and specially protected natural area of Russia Environmental Science and Pollution Research, 2024. – С. 1-12. (год публикации - 2024)
doi.org/10.1007/s11356-024-35550-6

10. Иванова Е. С., Комов В. Т., Ельцова Л. С., Мизгирева И. Ю Изотопный состав углерода (соотношение 13С/12С) шерсти млекопитающих, собранных в разные временные периоды на территории Северо-Запада России ЭВОЛЮЦИОННЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЖИВОЙ МАТЕРИИ Материалы II Всероссийской научной конференции с международным участием. Череповецкий государственный университет, 2023 ООО "Издательство "Сад-огород", ООО "Издательство "Сад-огород". С. 69-71. – EDN EIDVFF. (год публикации - 2023)

11. Баженова Д.Э., Иванова Е.С. ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА (δ¹³C) И АЗОТА (δ¹⁵N) В МЫШЦАХ РЫБ ВОДОЕМОВ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ Биология внутренних вод.Перспективы и проблемы современной гидробиологии: материалы XVII Всероссийской научной конференции молодых ученых, посвященной 300-летию Российской академии наук, 170-летию со дня рождения Н.А. Морозова и 130-летию со дня рождения И.Д. Папанина, 21-25 октября, Ярославль: Канцлер, 2024, Биология внутренних вод. Перспективы и проблемы современной гидробиологии, 17с. (год публикации - 2024)

12. Дурягина О.В., Иванова Е.С. НАКОПЛЕНИЕ РТУТИ В МЫШЦАХ ЕЛЬЦА (LEUCISCUS LEUCISCUS L., 1758) ИЗ ВОДОТОКОВ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ Биология внутренних вод.Перспективы и проблемы современной гидробиологии: материалы XVII Всероссийской научной конференции молодых ученых, посвященной 300-летию Российской академии наук, 170-летию со дня рождения Н.А. Морозова и 130-летию со дня рождения И.Д. Папанина, 21-25 октября, Ярославль: Канцлер, 2024, Биология внутренних вод.Перспективы и проблемы современной гидробиологии, 2024 (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
Проект способствует решению ключевых проблем приоритетных направлений социально-экономической политики по сохранению населения, здоровья и благополучия людей и комфортной и безопасной среды для жизни. Результаты исследования вносят вклад в своевременную оценку рисков, обусловленных научно-технологическим развитием.