Глава 4

ФЕНОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОТДАЛЕННЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ТОЦКОГО ЯДЕРНОГО ВЗРЫВА


Известно, что при высоких концентрациях стронция-90 в скелете животных угнетается процесс окостенения хрящевых тканей вплоть до возникновения стронциевого рахита (Корзинкин,1962; Ильенко,1971; Ильенко, Крапивко,1993). В докладе НКДАР ООН отмечено, что и относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани у детей могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что в дальнейшем приводит к аномалиям развития скелета. В настоящее время показано, что даже малые дозы ионизирующего излучения (0,01 Дж/кг и менее) оказывают влияние как на организм беременных женщин, так и на пренатальное развитие потомства (Neumeister, Wasser, 1984; Лукьянова и др.,1991; Федорова и др., 1992; Романова, Жорова, 1994; Рябчиков и др., 1995). По мнению Дж. Коггла (1986) не существует пороговой дозы, ниже которой облучение не вызывало бы никакого эффекта. Известно также, что чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей, причем скорее всего для такого воздействия радиации не существует никакого порогового эффекта. Серьезные нарушения развития плода наблюдаются при облучении матери на ранних этапах беременности. Л.К.Романовой с соавторами изучено влияние облучения в малых дозах на пренатальное развитие детей в контролируемых зонах Брянской области РФ (1997). Показана возможность трансплацентарного перехода некоторых радионуклидов (90Sr и 137Cs) и появление их следов в тканях отдельных плодов, начиная со 2-го триместра беременности. В 1-м триместре беременности у потомства облученных матерей обнаружено достоверное (по данным морфометрии гистологических срезов легких) замедление процесса ветвления бронхов, что указывает на нарушение пренатального морфогенеза легких. Авторы приводят также данные о том, что присутствие радионуклидов (90Sr и 137Cs) в тканях 24-недельного плода человека сочеталось с комбинированными пороками развития (иниоцефалия, расщепление позвоночника, гипоплазия легких и надпочечников), а у плода женского пола 30 недель были обнаружены множественные пороки развития: незаращение неба и верхней губы, а также гипоплазия легких. НКДАР ООН засвидетельствовано, что крайне чувствителен к действию радиации мозг плода, причем поражение мозга выражается как детерминированный эффект, если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. При этом рождаются умственно отсталые дети. Известно, что таким образом пострадали почти 30 детей, которые были облучены в период внутриутробного развития во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.

Международная комиссия по радиологической защите в докладе 1990 г. указала, что на стадии формирования органов (с 3-й недели беременности) достаточно поразить небольшое число клеток зачатка органа, чтобы вызвать последующие уродства. Комиссия определила этот эффект как детерминированный с порогом около 0,1 Гр (Радиационная безопасность. Рекомендации МКРЗ, 1994). Такие нарушения могут проявиться и в виде различного рода деформаций скелета грызунов, выпадений фрагментов костей (особенно покровных) у животных, обитающих на загрязненной радиоактивными продуктами деления территории, а также отразиться на встречаемости неметрических признаков скелета. На крысах линии Вистар Е.П. Овчаренко с соавторами выявили нарушения антенатального и постнатального развития потомства после облучения сперматид и сперматозоидов в дозе 0,25-1,0 Гр. После облучения самцов-родителей в дозе 0,25 Гр у их потомков выявлено достоверное по сравнению с контролем отставание процесса оссификации костей таза (Овчаренко и др., 1996). Для людей также известны сходные процессы. При изучении здоровья детей, родившихся от ранее медикаментозно облученных родителей (дозы на гонады у мужчин составляли 0,01-0,6-6,4 Гр), получены доказательства (Herrmann et al., 1988) повышения риска врожденных аномалий (аномалии развития, преждевременные роды, замедленное развитие скелета).

Анализ крупных и мелких морфологических аберраций (неметрических признаков) скелета часто используется при исследовании влияния различных факторов среды на индивидуальное развитие организмов в популяциях, включая радиоактивное загрязнение территории ( Ильенко,1971; Тимофеев-Ресовский и др.,1973; Захаров,1987; Яблоков,1987; Васильев и др., 1996; Deol, Truslove, 1957; Gruneberg,1964; Palmer, Strobeck, 1986; Parsons,1992; Vasilyev, Vasilyeva, 1995). Поэтому, при индикации экологического состояния популяций могут быть применены методы, основанные на встречаемости различных нарушений морфогенеза, а также оценке стабильности индивидуального развития по проявлениям флуктуирующей асимметрии билатеральных структур на популяционном уровне. Существует много противоречивых данных о влиянии разных доз ионизирующей радиации и инкорпорированных в организме радиоизотопов на процесс развития млекопитающих и остеогенез в естественных условиях радиоактивного загрязнения (Криволуцкий и др.,1988; Любашевский,1980). При изучении популяции черных крыс (Rattus rattus), обитающих на территории с повышенным уровнем естественной радиации в Южной Индии, не удалось обнаружить строго направленных изменений в морфологических признаках скелета этих животных (Grьneberg,1964), хотя выявленная межпопуляционная изменчивость была очень велика. Теоретически можно предполагать, что обитание популяции черных крыс на территории, которая в течение длительного исторического времени, составляющего около 600 лет (около 800-1000 поколений грызунов), подвергалась радиоактивному загрязнению, вполне может привести к ее адаптивному генетическому уклонению от исходного состояния. При длительном хроническом воздействии радиации в малых дозах в популяции могут выработаться механизмы, позволяющие нивелировать ее негативное влияние (Ильенко, Крапивко, 1993), а адаптивные черты могут распространиться за большое число поколений на больших соседних территориях. Новые адаптивные черты фенотипа могут встречаться в смежных популяциях далеко за пределами участков с естественным высоким уровнем радиоактивности. Возможно поэтому Грюнеберг и не нашел очень крупных нарушений в скелете у крыс. Нами в течение двух полевых сезонов проводилось исследование популяций красной полевки на территории Свердловской области, затронутой Восточно-Уральским радиоактивным следом. В случае ВУРСа в силу исторически короткого времени его воздействия (около 80-100 поколений грызунов) такая глубокая адаптация, как на участках с естественной высокой радиоактивностью, не может еще успеть выработаться. Поэтому можно заключить, что хотя число поколений, прошедших в популяции красной полевки после аварии, вполне достаточно для возникновения некоторых генетических особенностей в организации процесса развития, но недостаточно для их широкого распространения по всем прилегающим территориям. Вероятно это и объясняет факт обнаружения феногенетической специфики популяции красной полевки в зоне ВУРС (Vasilyev, Vasilyeva, 1995; Васильев и др., 1996). В литературе описаны изменения и по метрическим признакам, которые наблюдаются в ответ на воздействие облучения. Так, например, известно некоторое увеличение массы тела при облучении, а некоторые авторы отмечали количественные нарушения в развитии и формировании резцов у некоторых видов грызунов как реакцию на облучение (Ильенко, 1974).

В последние годы появилось много исследований, посвященных использованию феномена флуктуирующей асимметрии альтернативных и количественных признаков при экологическом мониторинге природных популяций (Van Valen, 1962; Soule', 1979; Palmer, Strobeck, 1986; Захаров, 1987; Кожара, 1987; Markow, Ricker,1991,1992 и др.). Под флуктуирующей асимметрией билатеральных признаков обычно подразумевается случайный характер проявления признаков на разных сторонах тела особей или метамеров (Астауров, 1974). На экспериментальном и естественном материале было показано, что флуктуирующая асимметрия (ФА) может рассматриваться в качестве своеобразного индикатора неспецифической разбалансировки развития, характеризующего состояние популяции как в целом, так и по отдельным функциональным группам (Novak et al., 1993). В.М. Захарову (1987) удалось установить, что повышение флуктуирующей асимметрии на групповом уровне указывает на дестабилизацию процесса развития в популяции. Дестабилизация развития наблюдается обычно уже на относительно низком уровне средовых нарушений, которые еще не связаны с необратимыми изменениями в популяциях (Захаров, 1987). Это позволяет использовать ФА как индикатор даже незначительных отклонений параметров среды от фонового состояния, которые еще не приводят к существенному снижению жизнеспособности особей. Наиболее общий путь анализа явления дестабилизации развития особей в популяции и отдельных ее функциональных групп видится в следующей последовательности применения диагностических оценок:

1. Изучение спектра морфогенетических аберраций и уродств в популяциях доминирующих видов.

а) определение динамики частот морфогенетических аберраций во времени (2-3 года);

б) уровень дифференцированности поселений организмов на территориях разной степени деградации.

2. Анализ проявления эпигенетической изменчивости популяций, связанной с явлением флуктуирующей асимметрии, на территориях разной степени нарушенности.

3. Популяционно-феногенетическая оценка стабильности индивидуального развития организмов на основе проявлений флуктуирующей асимметрии билатеральных структур.

а) измерение дисперсии флуктуирующей асимметрии метрических и неметрических признаков;

б) оценка уровня индивидуальных аберраций морфогенеза в расчете на особь.

4. Изучение возможных отдаленных последствий хронического действия радиации в малых дозах на уровне эпигенетических эффектов нарушения нормального протекания индивидуального развития (в частности процессов оссификации) на примере модельных индикаторных видов.

5. Проведение локального фенетического мониторинга, включая организацию фонового, пространственного и временного (минимально в течение 2-5 лет) контроля за популяциями модельных индикаторных видов.

Последовательность диагностических оценок построена таким образом, чтобы отразить степень и уровень нарушенности среды, воздействующей на развитие особи. Наиболее выраженные, глубокие нарушения среды затрагивают наиболее существенные и ранние этапы морфогенеза, а так же оказывают прямое воздействие на фенотип развивающегося организма (по принципу "ожога"). Второй и третий блоки индикации отражают не только сильные воздействия, но и такие, которые еще не сказываются катастрофическим образом на состоянии жизнеспособности особей, но при усилении могут носить субвитальный и даже сублетальный характер. Наиболее важны два последних этапа, позволяющих оценить отдаленные последствия длительного действия облучения в малых дозах на феногенетические процессы и морфогенез у модельных видов млекопитающих, что может быть использовано для построения экотоксикологической модели популяции человека.

Популяционно-экологическая характеристика мелких млекопитающих в ключевых участках исследования. Важным моментом для феногенетического анализа является достоверная информация о популяционно-экологическом состоянии населения вида в районах исследования. Эти данные позволяют скорректировать и уточнить получаемые фенетические оценки с популяционных позиций, а также соотнести фазы популяционного цикла в разных естественных группировках. С другой стороны это позволяет ориентировочно оценить качество среды обитания конкретных популяций по комплексу популяционно-экологических и ценотических признаков. Исследуемые поселения рыжих полевок значительно удалены друг от друга (от 40 до 85 км), поэтому могут рассматриваться в качестве самостоятельных популяций. Введем их условные названия в соответствии с приведенной в методическом разделе нумерацией для удобства дальнейшего изложения: 1 - "контрольная"; 2 - "тоцкая"; 3 - "кинзельская"; 4 - "старобогдановская".

Уровень численности рыжей полевки в пересчете на 100 ловушко-суток по изученным ключевым участкам сильно варьировал (табл. 22).

Таблица 22. Видовой состав и относительная численность мелких млекопитающих на импактных и контрольном участках ( по данным, полученным на учетных линиях в 1994 г.)

Виды, обилие

(экз./100 л.-с.)

П о п у л я ц и и

Контрольная

Импактные

Нижнекристалка

Тоцкое

Кинзелька

Старобогдановка

Рыжая полевка

117

48

58

10

Серые полевки

1

0

8

32

Уральская мышь

10

6

45

38

Землеройки

8

1

13

0

Всего

136

55

124

80

Общее обилие

54,4

36,7

33,5

34,8

Обилие рыжей полевки

 46,8

 32,0

 15,7

 4,3

Ловушко-сутки

250

150

370

230

Примечательно, что именно участки, на которых сразу после взрыва происходило выпадение основной массы радионуклидов из радиоактивного облака, характеризуются пониженной численностью полевок. В контрольном участке относительная численность достигает максимальной величины. В тоцкой популяции уровень относительной численности рыжих полевок тоже высок, но несколько ниже, чем в контрольной. Самый низкий уровень численности обнаружен в старобогдановской популяции. Трудно напрямую связывать эти факты с воздействием фактора радиоактивного следа, однако можно предполагать некоторое угнетение численности полевок именно в импактных популяциях 3 и 4, лежащих в пределах ТРАС. В настоящее время при отсутствии многолетнего мониторинга можно предполагать все три основные причины более низкой численности в выборках по оси Тоцкого радиоактивного следа: а) за счет низкой рождаемости, б) высокой смерности молодняка, в) популяционной фазы в цикле динамики численности (депрессия). Если справедливы две первые причины, то можно предполагать некоторое угнетающее влияние фактора ТРАС на демографические процессы в импактных поселениях индикаторного вида.

Таблица 23. Соотношение видов мелких млекопитающих на контрольном и импактных участках в зоне ТРАС в сходных пойменных биотопах в 1994 г, %

Вид

П о п у л я ц и и

Контрольная

Импактные

Нижнекристалка

Тоцкое

Кинзелька

Старобогдановка

Рыжая полевка

86,0

87,3

46,8

22,5

Серые полевки

0,7

0*

6,5

28,8

Уральская мышь

7,4

10,9

36,3

48,7

Землеройки

5,9

1,8

10,4

0

Всего

100

100

100

100

Примечание: * - серые полевки отлавливались в этих биотопах в небольшом количестве в другие годы.

При анализе соотношения видов на импактных и контрольном участках получена важная информация по распределению относительного доминирования в сообществе мелких млекопитающих (табл. 23). Эти данные свидетельствуют о более выраженной пессимизации среды в окрестностях сел Старобогдановка и Кинзелька в сравнении с контрольным участком (д. Нижнекристалка) и окрестностями с. Тоцкое. Кривая значимости видов в сообществах мелких млекопитающих на первых двух территориях ближе всего соответствует логнормальному распределению Ф.У. Престона, в то время как на последних - геометрическому ряду И. Мотомуры (Уиттекер, 1980; Одум, 1986). Это косвенно указывает на то, что успех сосуществования видов на импактных участках определяется значительно большим числом лимитирующих факторов в сравнении с контрольной территорией и окрестностями с. Тоцкого.

Таблица 24. Соотношение возрастных групп в сравниваемых популяциях рыжей полевки

Популяция

Возрастные группы, %

juv

sad

ad

sen

1. Контрольная

14.1

63.6

15.2

7.1

2. Тоцкая

50.9

22.6

20.8

5.7

3. Кинзельская

19.1

57.4

17.7

5.9

4. Старобогдановская

10.0

50.0

40.0

0

Важно провести сопоставление возрастной структуры в сравниваемых популяциях (табл. 24). Из таблицы хорошо видно, что тоцкая популяция в возрастном отношении резко отличается от всех остальных в сторону преобладания класса ювенильных животных и относительно низкой доли субадультных зверьков. Выборка из старобогдановской популяции не может строго сравниваться с другими из-за малочисленности, однако можно отметить в ней повышенную долю взрослых зверьков и отсутствие класса перезимовавших животных.

Кинзельская и контрольная популяции формально близки между собой по относительному соотношению возрастных групп, однако при анализе структуры жевательной поверхности зубов в кинзельской выборке хорошо видно смещение зверьков sad в направлении juv. Другими словами субадультные зверьки в Кинзельской популяции находятся в среднем на относительно более молодой стадии формирования зубов, т.е. относительно несколько моложе, чем зверьки этого класса в остальных популяциях. На это же указывает и наименьшие общие размеры этих зверьков при сравнении средней длины тела животных этих групп в разных популяциях (табл. 25).

Таблица 25. Средняя длина тела субадультных и адультных зверьков обоих полов в сравниваемых популяциях рыжей полевки

Популяция

M + m

Станд.откл.

n

1. Контрольная

100,57 + 0,84

7,767

86

2. Тоцкая

103,28 + 1,82

9,776

29

3. Кинзельская

94,84 + 1,25

9,377

56

4. Старобогдановская

102,63 + 2,02

5,706

8

Анализ данных по возрастной структуре важно сочетать с материалами по основным репродуктивным показателям популяции (табл.25).

Таблица 26. Репродуктивные характеристики самок рыжей полевки, отловленных на импактных и контрольной территориях в Оренбургской области в августе 1994 г.

Параметры

П о п у л я ц и и

Контроль-ная n = 53

Тоцкая

n = 22

Кинзелька

n = 35

Старобогдановка

n = 5

Доля репродук-тивно активных самок, %

32

55

49

80

Величина выводка

5,1 + 0,22

6,3 + 0,45

4,6 + 0,12

5,1 + 0,22

Потенциальная плодовитость

5,1 + 0,37

6,9 + 0,40

4,9 + 0,24

5,7 + 0,67

Доимплантаци-онная гибель, %

7,3

9,1

2,9

не определяли

Постимпланта-ционная гибель:

 

 

 

 

Доля самок, у которых отмечена резорбция эмбрионов, %

не отмечено

8,3

17,6

не отмечено

Резорбиров. эмбрионов, %

не отмечено

2,5

3,8

не отмечено

Полученные данные свидетельствуют о том, что на импактных участках размножение самок рыжих полевок протекает интенсивнее, чем в контроле. Аналогичные данные получены и для уральской (лесной) мыши. При этом более высокая постимплантационная гибель эмбрионов для этих двух видов обнаружена именно в импактных популяциях (у уральской мыши доля самок, имеющих резорбцию эмбрионов составила 14,3 % в кинзельской популяции и 7,8 % - в старобогдановской, а доля резорбированных эмбрионов от общего числа составила соответственно - 1,7 % и 7,7 %). В контрольной и тоцкой популяциях уральской мыши резорбции эмбрионов в 1994 г. не отмечалось. Учитывая все ранее сказанное о возрастной структуре в сравниваемых группировках, можно отметить больший отход молодняка в старобогдановской и кинзельской популяциях и относительно более раннее созревание зверьков (особенно в кинзельской популяции). Исходя из теории популяционной экологии это свидетельствует о том, что популяции импактных участков отличают черты, присущие популяциям мелких грызунов в экстремальных условиях обитания (Шварц, 1965, 1980; Большаков, 1972), в отличие от популяции контрольной территории. Это еще раз подчеркивает, что в момент проведения исследований среда обитания для мелких грызунов на импактных участках в окрестностях сел Старобогдановка и Кинзелька является менее благоприятной, чем на контрольном участке в окрестностях с. Нижнекристалка и с.Тоцкое.

Таким образом, судя по ряду ценотических и популяционных показателей мелких млекопитающих, включающих общее обилие, кривые доминирования, соотношение видов разных трофических уровней, возрастную и размерную структуру, репродуктивную активность и постимплантационную гибель, можно обоснованно предполагать, что среда обитания для мелких млекопитающих импактных участков окрестностей с. Старобогдановка и Кинзелька является менее благоприятной, чем среда обитания на контрольном участке (с. Нижнекристалка) и в окр. с.Тоцкое. Для популяций импактных участков характерны черты, присущие популяциям мелких млекопитающих, обитающих в экстремальных условиях существования.

Концентрация смеси бета-активных веществ в организме грызунов из ключевых участков Оренбургской области. Результаты анализа суммарной бета-активности в зольных остатках костно-мышечной ткани рыжих полевок представлены в таблице 27. Эти данные характеризуют суммарную бета-активность без учета конкретного радионуклидного состава. Следует заранее подчеркнуть, что в настоящее время радиационная обстановка в исследуемых районах в основном близка к норме и можно было ожидать лишь локальных очагов загрязнения в биоценозах аккумулятивного типа (Криволуцкий,1983), а также некоторых следовых эффектов по трассе прохождения радиоактивного облака. Найти эти локальные зоны повышенного радиационного загрязнения с высоким содержанием долгоживущих радионуклидов возможно лишь при расширении зоны поиска.

Таблица 27. Концентрация смеси бета-активных веществ в костно-мышечной ткани рыжей полевки (суммарная бета-активность, эталонировка по 90Sr, Бк/кг )

Популяция

M + m

Станд.откл.

n

1. Контрольная

284,84 + 0.89

67,925

86

2. Тоцкая

280,40 + 1.10

55,177

47

3. Кинзельская

327,52 + 1.58

69,901

29

4. Старобогдановская

302,00 + 2.11

31,200

8

Для оценки возможных межпопуляционных различий по концентрации суммы бета-активных веществ в костно-мышечной ткани рыжих полевок было проведено множественное сравнение показателей суммарной бета-активности (расчет по стронцию-90, Бк/кг сухой массы) S-методом Шеффе (табл. 28). Как видно из таблицы, фактор межпопуляционных различий по концентрации смеси бета-активных веществ в тушках рыжих полевок статистически значим (p < 0,01). Это указывает на то, что межпопуляционные различия по содержанию смеси бета-активных веществ в костно-мышечной ткани полевок хорошо выражены и носят не случайный характер. Однако при попарном сравнении выборок S-методом Шеффе (Шеффе,1980) по этому параметру только по двум контрастам обнаружены статистически достоверные различия, так как в этих случаях S-отношение контpаста по модулю больше вычисленной стандартной оценки (табл. 28). В этих случаях и контрольная, и тоцкая популяции по сравниваемому параметру отличаются от кинзельской. Возможно, лишь из-за небольшого объема выборки рыжих полевок в старобогдановской популяции тенденция к повышенной концентрации смеси бета-активных веществ в этой группе зверьков оказалась статистически недоказанной.

Таблица 28. Можественное сравнение S-методом Шеффе концентрации суммы бета-активных веществ в костно-мышечной ткани рыжей полевки в контрольной и импактных популяциях (номера сравниваемых популяций см. в табл. 6)

Популяции ( I - J )

Контpаст

Станд. отклонение контpаста

S-отношение

1 - 2

-13.77

21.945

-0.63

1 - 3

-39.29

12.774

-3.08*

1 - 4

7.83

10.804

0.72

2 - 3

-25.52

23.685

-1.08

2 - 4

21.60

22.683

0.95

3 - 4

47.12

14.005

3.36*

Число степеней свободы: k1 = 3 ; k2 = 164

Табличное значение F = 2.7

Cтандаpтная оценка контpаста = 2.846

Примечание: * - Различия достовеpны при p < 0.05 ( если S-отношение данного контpаста по модулю больше вычисленной стандартной оценки).

Таким образом, концентрация смеси бета-активных веществ в тушках рыжих полевок на импактном участке 3 (окрестности с. Кинзелька) достоверно больше, чем в контроле и тоцкой популяции. Это отражает, по-видимому, следовой эффект, т.к. именно окрестности с. Кинзелька из прочих изученных территорий были, по-видимому, в первую очередь накрыты радиоактивным облаком после взрыва. Обнаруженные средние величины бета-активности относительно невелики и указывают на сравнительно низкий общий уровень радиоактивного загрязнения среды цезием-137 и стронцием-90. Это хорошо согласуется с радиоэкологическими данными. Тем не менее, слабый следовой эффект до сих пор имеет место.

Представляло интерес определить уровень бета-активности в костях животных, обитающих в эпицентральной зоне. Для этой цели в августе 1996 г. нами был проведен отлов мелких млекопитающих в пойме р.Лиман, правого притока р.Самары, который впадает в р.Самару вблизи с.Тоцкое. Эта маленькая речка берет начало вблизи эпицентра от родников, расположенных в 1-1,5 км от точки атомного взрыва и протекает почти строго на юг к р.Самаре по долине, начинающейся от эпицентра. Проба животных была взята на расстоянии ~12 км от эпицентра с учетом того, что в нижней части поймы р.Лиман за 40 с лишним лет, прошедших после взрыва, должны преимущественно аккумулироваться радионуклиды, рассеянные в зоне эпицентра. В ольховом пойменном лесу, примыкающем к лугу, были отловлены 4 экз. полевой мыши (Apodemus agrarius) и 2 экз. обыкновенной бурозубки (Sorex araneus). Бета-активность определяли в лаборатории экотоксикологии ИЭРиЖ УрО РАН на счетной альфа-бета проточной системе ТЕСЛА. Натуральный фон составил 2,3 имп/мин. (1 Бк - 11,3 имп/мин). Результаты счета приведены в таблице 29. Анализ таблицы выявляет существенный разброс значений по величине бета-активности, который указывает на мозаичность радиоактивного загрязнения среды в пойме р. Лиман. У полевой мыши уровень активности костной ткани колеблется от 88 до 14425 Бк/кг, а у обыкновенной бурозубки от 301 до 2124 Бк/кг. Для сравнения следует отметить, что средние значения бета-активности костно-мышечной ткани у близкого вида - уральской мыши из сравниваемых контрольной и импактных территорий в 1994 г. колебались в узком диапазоне от 206,0 + 30,40 Бк/кг в тоцкой популяции (левый берег р.Самары) до 305,0 + 7,58 в старобогдановской. При этом в контрольной популяции уровень активности составил 294,2 + 30,16 Бк/кг. В свою очередь этот показатель у обыкновенных бурозубок из контрольной популяции был равен 277,8 + 17,17 Бк/кг. Таким образом, отдельные особи полевой мыши из эпицентральной зоны имели бета-активность в костной ткани почти в 50 с лишним раз выше, чем в костно-мышечной ткани уральских (лесных) мышей из окрестностей с.Тоцкое, а обыкновенные бурозубки в 7,7 раз выше, чем представители этого вида в контроле.

Таблица 29. Бета-радиометрия черепов мелких млекопитающих, отловленных в эпицентральной зоне (пойменный ольховый лес р.Лиман)

Вид

Пол

Масса воздушно-сух. кости, мг

Зола, мг

Навеска, мг

Счет над фоном, имп/мин

Бк/кг кости

A. agrarius

самка

246,1

159,4

100

3,7

221

A. agrarius

самец

275,4

162,3

100

27,7

14425

A. agrarius

самец

285,7

207,0

100

10,3

6726

A. agrarius

самец

421,1

275,8

100

1,3

88

S. araneus

самец

57,0

38,1

38,1

1,9

301

S. araneus

самец

125,5

81,3

81,3

3,1

2124

Средняя величина бета-активности костной ткани для полевой мыши составила 5365 Бк/кг, т.е. более, чем на порядок выше, чем в костно-мышечной ткани близкого вида - уральской мыши. У обыкновенной бурозубки из эпицентральной зоны (пойма р.Лиман) эта величина составляет 1212,5 Бк/кг, что так же значительно (почти на порядок) выше, чем в костно-мышечной ткани этого вида в окрестностях Нижнекристалки (контрольная популяция). Эти величины близки к уровню бета-активности, который был обнаружен нами при изучении костно-мышечной ткани в популяции красной полевки из осевой части Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) вблизи оз. Тыгиш в Каменском районе Свердловской области (Васильев и др., 1996). Повышенное накопление стронция-90 (2124-14425 Бк/кг) у трех животных трудно объяснить случайными причинами. Наиболее вероятно, что это свидетельство начального (еще при взрыве) радиоактивного загрязнения локальной территории обитания этих животных или выноса (аккумуляции) р.Лиман. В дальнейшем необходимо оценить роль различных звеньев трофической цепи в аккумуляции радионуклидов в пределах данной экосистемы.

Специальным исследованием установлено, что бета-активность костной ткани мелких млекопитающих из районов долговременного аварийного радиоактивного загрязнения обусловлена в основном стронцием-90 и его дочерним иттрием-90 (Бетенеков и др., 1996). Действительно, на модельном костном материале мелких млекопитающих из района Восточно-Уральского радиоактивного следа радиохимически было определено, что не менее 90-95% вносит эта радионуклидная пара. Цезий-137 и калий-40 в костной ткани практически не депонируются, а существенного увеличения концентрации других бета-излучателей из естественных семейств 238U и 230Th не наблюдается. Поэтому можно обоснованно полагать, что при проведенном анализе черепов зверьков, добытых в пойме р.Лиман в эпицентральной зоне, бета-активность костной ткани обусловлена главным образом 90Sr и его дочерним 90Y. В этой связи радиохимического определения основных радионуклидов в черепах зверьков не проводили. При этом радиохимический анализ костно-мышечной ткани показал, что в наших пробах содержание стронция невелико, так как относительно общей массы тушки (без черепа) доля скелета, где он преимущественно депонируется, составляет всего несколько процентов. В 1994 г. нами было установлено, что 90Sr накапливается в костно-мышечной ткани мышевидных грызунов, обитающих на импактных участках (Тоцкое, Кинзелька, Старобогдановка) в пределах от 5,0 + 0,1 (уральская мышь) до 16,0 + 0,4 Бк/кг сухой массы (серые полевки). На контрольном участке радиостронций обнаружен лишь в тушках рыжей полевки в количестве 13,5 + 0,2 Бк/кг сухой массы. 137Cs накапливается в костно-мышечной ткани мелких млекопитающих, обитающих на импактных территориях в количествах от 14,0 +3,0 Бк/кг у серых полевок до 27,0 + 5,0 Бк/кг у рыжей полевки; на контрольном участке он, также как и стронций-90, отмечен только у вида-радиофора - рыжей полевки в количестве 14,0 + 4,0 Бк/кг сухой массы.

Существенный разброс значений радиоактивности у представителей одного и того же вида и разных видов прямо указывает на мозаичный характер загрязнения радиостронцием данной территории и подтверждает наше предположение о локальном аккумулировании радионуклидов в пойме р. Лиман вблизи с. Тоцкое на правом берегу р.Самары. Примечательно, что на левом берегу р.Самары в окрестностях с. Тоцкое уровень бета-активности в костной ткани мелких млекопитающих близок к фоновому и в среднем по абсолютной величине является самым низким у разных видов по сравнению с аналогичными пробами из Красногвардейского и Октябрьского районов области.

Накопление тяжелых металлов в скелете, почках и печени мелких млекопитающих. Проведен анализ содержания некоторых тяжелых металлов в организме мелких млекопитающих с целью определить степень загрязнения этими поллютантами изучаемых территорий в зоне потенциального влияния Тоцкого взрыва. Данные об уровнях накопления тяжелых металлов в скелете, почках и печени ряда видов мелких млекопитающих представлены в таблице 30.

Таблица 30. Концентрация тяжелых металлов в скелете, почках и печени (в мкг/г сухого веса) рыжих полевок и уральских (лесных) мышей в 1994 году

Вид, место

отлова зверьков

Э л е м е н т

Свинец

Кадмий

Медь

Цинк

Концентрация элемента в скелете

Рыжая полевка:

Контроль

28,85 + 2,981

0,60 + 0,134

1,47 + 0,230

81,97 + 3,112

Кинзелька

27,93 + 5,591

0,55 + 0,116

1,65 + 0,287

87,95 + 3,341

Уральская мышь:

Контроль

-

0,38 + 0,201

0,72 + 0,348

66,62 + 5,225

Кинзелька

1,99

0,15

0,04

85,99

Старобогдановка

8,14 + 2,093

0,82 + 0,280

3,14 + 1,640

85,88 + 4,821

Концентрация элемента в почках

Рыжая полевка:

Контроль

 

0,87 + 0,106

11,07 + 0,329

70,41 + 1,243

Кинзелька

 

0,95 + 0,198

7,97 + 0,362

53,66 + 6,063

Старобогдановка

 

0,33

3,50

67,58

Уральская мышь:

Контроль

 

0,52 + 0,221

11,14 + 0,356

35,44 + 12,648

Кинзелька

 

0,28 + 0,073

8,78 + 0,156

53,63 + 0,378

Старобогдановка

 

0,46 + 0,067

11,22 + 0,706

53,22 + 2,785

Концентрация элемента в печени

Рыжая полевка:

Контроль

1,17 + 0,58

0,62 + 0,07

9,47 + 1,38

83,88 + 1,24

Кинзелька

5,92 + 1,72

1,15 + 0,21

11,64 + 1,04

89,99 + 2,98

Старобогдановка

6,12

0,11

11,28

71,46

Уральская мышь:

Контроль

2,69

0,10

11,29

86,74

Кинзелька

3,42 + 1,08

0,68 + 0,15

11,50 + 0,91

64,81 + 3,31

Старобогдановка

1,60 + 0,30

0,35 + 0,10

11,18 + 1,13

77,51 + 3,84

Сравнительный анализ данных о концентрировании тяжелых металлов в скелете животных одного вида, обитающих на разных участках показал, что достоверных групповых различий в уровнях накопления всех исследованных элементов не обнаружено.

Межвидовые сравнения показывают, что в среднем лесные мыши накапливают данные поллютанты в меньших количествах, чем рыжие полевки. Существенные различия обнаружены в уровнях накопления свинца в скелете сравниваемых видов: в костях уральских (лесных) мышей он содержится в значительно меньших количествах, чем у обитающих на тех же участках рыжих полевок.

Содержание кадмия колебалось в почках рыжих полевок и уральских (лесных) мышей в пределах от 0,28 до 0,95 мкг/г сухого веса, причем более интенсивно он накапливался рыжими полевками. Зависимости уровня накопления этого элемента от участка отлова не обнаружено. Уровни накопления меди в почках полевок и мышей, отловленных на импактных и контрольном участках, различались незначительно и варьировали от 7,97 + 0,362 до 11,22 + 0,706 мкг/г сухого веса. Низкая концентрация меди (3,50 мкг/г), отмеченная на одном из импактных участков (Старобогдановка) у рыжей полевки, вероятно, связана с небольшой выборкой проанализированных животных (n = 3). На импактных участках цинк накапливается животными обоих видов на одном уровне (табл. 30), тогда как на контрольной территории в почках лесных мышей его концентрация более, чем на 30 % меньше, а у рыжих полевок - на 5,6-31,2 % больше, чем на импактной территории.

Печень является органом-депо кадмия. Здесь он накапливался в концентрациях от 0,1 до 1,15 мкг/г сухого веса. Более интенсивно этот элемент депонируется рыжими полевками, что было отмечено и для почек. Зависимости уровней его накопления от участка отлова не обнаружено.

Свинец обнаруживался в печени в небольших количествах в интервале от 1,17 (рыжие полевки, контроль) до 6,12 (рыжие полевки, Старобогдановка) мкг/г сухого веса; рыжие полевки его, как и кадмия, концентрируют в больших количествах, чем уральские (лесные) мыши.

Уровни накопления меди в почках исследованных видов мышевидных грызунов, отловленных на импактных и контрольной территориях различались незначительно и варьировали от 9,47 + 1,38 до 11,64 + 1,04 мкг/г сухого веса.

Цинк концентрировался в печени в пределах от 64,81 + 3,31 до 89,99 + 2,98 мкг/г сухого веса, минимальные его количества отмечены у уральских мышей в окр. д. Кинзелька, максимальные - у рыжих полевок с того же участка.

В итоге проведенного анализа следует заключить, что уровни загрязнения исследуемых участков тяжелыми металлами в целом невелики, содержание токсикантов в организмах мелких млекопитающих незначительно и, по-видимому, не вызывает заметных негативных изменений у животных.

Анализ морфологических и феногенетических нарушений индивидуального развития в популяциях индикаторного модельного вида в импактных районах

Хорошо известно, что применение всего комплекса фенетических показателей требует длительных наблюдений за импактной и контрольной популяциями, и более надежные оценки могут быть получены по крайней мере за 2-3 года (Захаров,1987). Такие пролонгированные данные собраны лишь по тоцкой популяции рыжей полевки. По этой причине имеющиеся в нашем распоряжении данные, синхронно собранные в четырех ключевых участках двух районов Оренбургской области в 1994 г. (Тоцкий, Красногвардейский) позволяют получить лишь предварительную оценку реальных нарушений процесса развития в популяциях у индикаторного вида, который рассматривается в качестве токсикологической модели популяции человека на угрожаемой территории в Оренбургской области.

Крупные аберрации и уродства в строении черепа. Серьезных нарушений в строении черепа как в импактных, так и в контрольной популяциях рыжей полевки было выявлено сравнительно немного, однако все они, как правило, ранее не обнаруживались нами в других популяциях рыжей полевки Оренбургской области за двадцатилетний период исследований (табл. 31).

Таблица 31. Спектр аберраций неметрических признаков черепа рыжей полевки (нумерация признаков соответствует таковой в списке методического раздела)

Поряд-ковый номер

Сокращен-ное название

П о п у л я ц и и

Контроль-ная

Тоцкая

Кинзель-ская

Старобог-дановская

1.

Fprordupl

+

+

+

+

2.

IncFNS

+

+

+

+

3.

Fafac

+

+

+

+

4.

Faf

+

+

+

+

5.

FFI

+

+

+

+

6.

FFII

+

+

+

+

7.

FFIII

+

+

+

+

8.

FFIV

+

 

 

 

9.

FFV

+

+

+

+

10.

FFVI

+

+

+

+

11.

FED

+

+

 

+

12.

FenSTP

+

 

 

 

13.

MTSup

+

+

+

+

14.

MTAbs

+

+

 

 

15.

MTDup

+

+

+

+

16.

FenMast

+

+

+

+

17.

FCond

+

+

+

+

18.

FHypDup

+

+

+

+

19.

FHypAc

+

+

+

+

20.

FPrmLat

+

+

+

+

21.

FMax I

+

+

+

+

22.

FMax II

+

+

+

+

23.

FMax III

+

+

+

+

24.

FMax IY

+

+

+

+

25.

FPalDup

+

+

+

+

26.

FenPal I

 

+

+

 

27.

FenPal II

+

+

+

+

28.

FenPal III

+

+

+

 

29.

MarPalDis

+

+

+

+

30.

FMed

+

 

 

 

31.

FenMed

+

+

 

 

32.

IntFOv

+

+

+

+

33.

IntFOvLon

+

+

+

+

34.

FOvAcAnt

+

+

+

+

35.

FMentDUP

+

 

 

 

36.

FMenSup

 

+

+

 

37.

FMand I

+

+

+

+

38.

FMand II

+

+

+

+

39.

FMandIIDup

+

+

+

+

40.

FMand III

+

+

+

+

41.

Марка M3

+

 

 

 

42.

Талонус "М4"

+

 

 

 

43.

FenPalMax

+

+

 

 

44.

FOvAnom

+

 

 

 

45.

Par+Sqm

+

 

 

 

46.

FOv+FRot

+

 

 

 

47.

PrTemp-

+

 

 

+

48.

FFMed

+

+

+

 

49.

FTempDup

+

+

+

 

50.

OsFrontDup

+

 

 

 

51.

FOv-

 

 

+

 

52.

FisPalat

 

 

+

 

53.

FTempAbs

+

 

 

 

В обеих импактных выборках была обнаружена уникальная редукция височных отростков теменной кости (в старобогдановской - 12,5%, в кинзельской 3,5%). Лишь в кинзельской популяции были обнаружены такие единичные крупные нарушения в структуре черепа как вырезка центральной части заднего края неба и полное зарастание овального отверстия. Однако единичные редкие, но серьезные аберрации найдены и в контрольной популяции в окрестностях д.Нижнекристалка. Наибольший интерес представляет уникальное уродство, связанное с формированием подобия самостоятельного четвертого верхнего коренного зуба на основе призм талонуса третьего верхнего коренного зуба. За 25 лет наблюдений в более чем 30 удаленных популяциях рыжей полевки, обитающих на территории Оренбургской и Самарской областей, а также Башкирии, авторы никогда не обнаруживали подобного феномена. Аналогичный вариант был отмечен в одной из популяций рыжей полевки на Украине в районе влияния аварии ЧАЭС (устное сообщ.). Аномалия зубной системы такого уровня безусловно может рассматриваться как крупная мутация. В этой же популяции найдены два случая появления марки на талонусе третьего коренного зуба, которые встречаются в природе крайне редко и тоже имеют, как известно, мутационную природу (Яблоков, Ларина, 1985).

В тоцкой популяции рыжей полевки, которая исходно была расположена вблизи Тоцкого полигона в момент испытаний, были обнаружены крупные выпадения фрагмента верхней челюсти в области неба (15,8%). Такие же нарушения встретились, но с низкой частотой (3,4%) и с заметно меньшей экспрессивностью и в контрольной популяции. В той же тоцкой популяции на самом небе кроме этого была обнаружена повышенная концентрация характерных окнообразных выпадений фрагментов небной кости, расположенных тремя последовательными "окнами" на небной кости в ее передней, средней и задней части (аберрации 26,27,28). Только в тоцкой популяции была обнаружена редукция костной перегородки между овальным и круглым отверстиями черепа. Все эти случаи вполне могут быть связаны с замедлением процесса окостенения черепа. Известно, что такие же эффекты отмечались другими авторами при повышенном содержании стронция-90 в скелете животных (Корзинкин, 1962; Ильенко,1974), когда при высоких концентрациях стронция-90 в скелете животных угнетается процесс окостенения хрящевых тканей. При облучении самцов крыс в малых дозах у их потомков, как уже отмечалось нами, наблюдались вполне детерминированные эффекты замедления оссификации тазовых костей и костей задних конечностей (Овчаренко и др., 1996).

В нашем распоряжении была выборка рыжей полевки из тоцкой популяции, отловленная в конце лета 1982 года в том же пойменном лесном массиве, что и в 1994 году. Примечательно, что за первые 12 лет, которые эквивалентны приблизительно 35 поколениям полевок, доля всех небных аберраций в тоцкой популяции существенно возросла (табл. 32).

Таблица 32. Сравнение доли крупных аберраций в виде окнообразных выпадений костной ткани в области неба в тоцкой популяции в разные годы, %

Номер

 

Признак

 

Г о д

Хи-квадрат

 

Уровень значимости

 

1982

1994

26

Fenestra palatina I

4,0

28,0

8,46

p < 0,01

27

Fenestra palatina II

6,3

12,0

0,67

p > 0,05

28

Fenestra palatina III

2,1

4,0

0,20

p > 0,05

43

Выпадение фрагмента верхней челюсти в области неба.

1,8

15,4

5,06

p < 0,05

Несмотря на то, что статистически достоверно увеличение частоты окнообразного выпадения кости наблюдается только по двум признакам: 26 и 43, по двум другим также наблюдается тенденция увеличения частоты аберрации от 1982 к 1994 году. Примечательно, что в выборке 1996 г. частота Fenestra palatina I составляет 22,9 %, т.е. практически так же высока, как и в 1994 г.; встречаемость Fenestra palatina II почти не изменилась - 14,3 %, но проявление Fenestra palatina III достоверно возросло от 2,1 % в 1982 г. и 4,0 % в 1994 г. до 12,9 % в 1996 г. (З2 = 6,21; d.f. = 2; p < 0,05). Следует добавить, что в пробе рыжей полевки, взятой нами в 1997 г. эпицентральной зоне, из 5 отловленных животных 3 имели хорошо выраженные выпадения фрагмента неба. Отлов животных в 1997 г. проводился в 5 точках на разном удалении от места взрыва. Первая точка была удалена от места взрыва на 500 м к югу (тополево-осиновый лес). В этой пробе были встречены лишь уральские мыши и желтогорлая мышь. Во второй пробе, удаленной на 3 км к югу (осиново-березовый лес), отловлены уральские мыши и один экземпляр рыжей полевки с крупным выпадением фрагмента неба в его оральной части. В третьей пробе на удалении 5 км (пойма р.Лиман) отлавливались уральские мыши. В четвертой пробе (березово-осиновый лес на возвышенности) в 8 км от места взрыва отловлены наряду с уральскими мышами две рыжие полевки, которые не имели нарушений в строении неба. Пятая проба была взята в пойменном ольховом лесу р.Лиман на удалении около 12 км от места взрыва. Здесь были отловлены уральские, желтогорлые и полевые мыши и две рыжие полевки. Оба зверька имели хорошо выраженные выпадения фрагмента неба. Напомним, что именно в этой точке в 1996 г. нами обнаружена повышенная бета-активность в черепах полевой мыши и обыкновенной бурозубки. Таким образом, характерное крупное уродство - выпадение фрагмента небной кости, связанное с замедлением процесса оссификации черепа, является характерным и для популяции рыжей полевки, обитающей в эпицентральной зоне.

Мы попытались оценить различия в концентрации смеси бета- активных веществ в зольных остатках костно-мышечной ткани у особей из тоцкой популяции, имеющих аберрации в области неба и не имеющих таковых. Результаты оказались противоположными тому, что нами заранее ожидалось. Среднее содержание смеси бета-активных веществ у аберрантных по строению неба особей в тоцкой популяции в 1994 году оказалось достоверно ниже, чем у нормальных по этому признаку: у "аберрантных" - 247,78 + 16,14 Бк/кг; у "нормальных" - 287,61 + 8,98 Бк/кг (t = 2,156; df = 45; p < 0,05). Можно следующим образом попытаться интерпретировать этот факт. Возможно, наличие резкого направленного сдвига частот небных аберраций в тоцкой популяции указывает на селективный процесс, приводящий к отбору в этой популяции особей, которые отличаются замедленным остеогенезом и, возможно, в силу этого слабо накапливают остеотропный стронций-90 (Любашевский, 1980; Стариченко и др.,1993). Возможно также, что это свойство появилось в популяции еще в первые годы после взрыва, когда гибель животных от внешнего облучения в момент взрыва и дальнейшего радиоактивного загрязнения была сравнительно велика. Не исключено, что в тоцкой популяции, наиболее тесно связанной с популяцией рыжей полевки из эпицентра, за 100 с лишним поколений, разделяющих зверьков, родившихся в 1954 г. и в 90-х годах, могли произойти адаптивные преобразования, направленные на снижение негативного воздействия радиации в малых дозах. Обнаруженный факт хорошо согласуется с данными, полученными А.И. Ильенко и Т.П. Крапивко (1993) на популяции рыжей полевки, обитающей в условиях хронического влияния радиации в малых дозах, которым удалось обнаружить постепенное возрастание из поколения в поколение радиорезистентности полевок. Следует отметить, что такие же выпадения фрагмента неба были обнаружены в популяции красной полевки, обитающей в загрязненной радионуклидами зоне ВУРСа в Каменском районе Свердловской области (Васильев и др., 1996). Единичные случаи выпадения фрагмента небной кости были обнаружены и в контрольной популяции в окрестностях д.Нижнекристалка.

Наконец, в контрольной популяции было найдено крупное расщепление лобной кости и срастание теменной и чешуйчатой костей, которые также редки в природе, как и другие подобные крупные аберрации черепа.

Таким образом, анализ проявления крупных нарушений в строении черепа в обоих угрожаемых районах Оренбургской области показывает следующее:

а) по сравнению с другими исследованными ранее популяциями рыжей полевки из других территорий Оренбургской и Самарской областей, а также Башкирии, во всех изученных участках, включая контрольный, концентрация крупных аберраций черепа, имеющих явно выраженную мутационную природу, необычно высока;

б) спектр обнаруженных уникальных крупных аберраций в контрольной выборке не меньше, чем в импактных, расположенных строго вдоль Тоцкого радиоактивного следа, что указывает на возможное влияние последствий испытаний ядерного оружия не только на узкую полосу территории вдоль следа, но и на более широкую прилегающую зону;

в) в тоцкой популяции, первой испытавшей на себе прямое воздействие атомного взрыва, типичные аберрации в строении неба, маркирующие замедление процесса остеогенеза, наиболее многочисленны.

Характерное выпадение фрагмента небной кости различной локализации (аналог врожденного незаращения неба у человека) в эпицентральной зоне встречается у рыжей полевки - вида-радиофора в 60 % случаев, а в тоцкой популяции, прилегающей к эпицентральной в 39 % случаев. Для сравнения, в кувандыкской популяции, где высок уровень загрязнения окружающей среды техногенными фторидами (Боев, Воляник, 1995), максимальная частота встречаемости данной аберрации за двадцать лет наблюдений не превышала 2-6 %. В других популяциях вида из западной и северо-западной частей Оренбургской области частота этой аберрации не превышала 9 % (эта величина встречена в бугурусланской популяции рыжей полевки в 1983 г.). Нарастание ее частоты из года в год в тоцкой популяции и достоверно низкое содержание смеси бета-активных веществ в костно-мышечной ткани у аберрантных по этому признаку животных по сравнению с нормальными позволяют предполагать, что в этой популяции происходит адаптивный селективный процесс. Возможно, что аберрантные особи являются одновременно и более радиорезистентными.

Фенетический анализ мелких аберраций неметрических пороговых признаков черепа. Наряду с крупными аберрациями в изученных популяциях встречались и другие многочисленные нарушения в строении черепа, относящиеся к категории мелких фенетических аберраций или фенов. Эти вариации в строении черепа встречались значительно чаще и более регулярно. Строгой границы между мелкими и крупными аберрациями провести нельзя, поэтому в качестве критерия выбора принималась во внимание регулярность встречаемости мелких аберраций и проявление у билатеральных признаков свойств флуктуирующей асимметрии (ФА), т.е. случайного независимого проявления на левой и правой сторонах тела особи, что указывает на их феногенетическую природу (Астауров, 1974). Всего, как уже отмечалось, в сравниваемых популяциях было обнаружено 53 аберрации в строении черепа, большая часть которых относится к мелким аберрациям. В их число вошли регулярно встречающиеся вариации, как правило, билатеральных признаков, а также два медиальных. Мелкие аберрации в строении черепа представляют собой: исчезновение или появление дополнительных отверстий для прохождения определенных кровеносных сосудов и нервов; выпадение фрагментов костей или появление новых костных структур (вставочные кости, дополнительные перегородки и др.); срастание мелких костных элементов черепа и многие другие. Предварительный анализ включал в себя специальную проверку связи частот встречаемости фенов с полом и возрастом (для того чтобы избежать возможных смещений оценок в выборках), а также связи частот фенов с размерами тела, так как показано, что изменчивость зависимых от размеров признаков часто обусловлена средовыми, а не генотипическими факторами (Howe, Parsons, 1967; Васильева и др.,1988). Оценивалась также и связь признаков другс другом для того, чтобы избежать дублирования информации. Кроме того были исключены все редкие признаки, встречавшиеся в единичных случаях, и такие, проведение классификации которых было затруднено из-за явной количественной природы варьирования. В итоге этого предварительного анализа для дальнейшего фенетического исследования, основанного на мелких аберрациях - фенах, были использованы вариации лишь по 21 признаку (они помечены звездочкой в списке, см. выше в разделе "Методы решения задач и выбор модельных объектов исследования "). Частоты встречаемости фенов неметрических признаков черепа для сравниваемых популяций приведены в таблице 33.

Таблица 33. Сравнение встречаемости мелких аберраций (фенов) в строении черепа рыжей полевки в контрольной и импактных популяциях в Оренбургской области, %.

Номерприз-нака

П о п у л я ц и и

Контроль-ная

n = 160

Тоцкая (1994)

n = 52

Кинзель-ская

n = 103

Старобог-дановская

n = 18

Множеств. сравн.G

Тоцкая(1982)

n = 110

1

8,1

7,7

10,6

16,6

 

13,0

3

15,6

15,4

12,9

27,7

 

24,5

6

19,5

25,0

12,7

22,2

 

16,2

11

1,9

1,9

0

5,6

 

2,9

13

43,5

17,3

49,0

38,9

***

25,3

19

10,6

23,5

14,7

37,5

 

34,0

20

35,0

17,3

18,6

50,0

*

25,9

22

73,0

71,2

68,9

88,9

**

72,2

23

58,8

55,8

50,5

50,0

 

46,3

24

38,8

36,5

36,9

50,0

 

44,4

25

76,3

71,1

74,8

72,2

 

68,5

26

15,4

28,0

18,8

0

*

4,0

27

6,4

12,0

8,3

11,1

 

6,3

29

40,0

51,1

45,3

71,4

 

62,4

30

6,7

0

0

0

 

0

32

14,7

28,8

17,6

23,5

 

13,0

35

0,6

0

0

0

 

0

36

0

5,8

2,9

0

*

2,7

37

18,2

5,8

8,8

5,6

*

20,9

38

67,9

51,9

24,5

83,3

***

45,5

39

21,4

13,5

2,9

33,3

***

6,4

Примечание: Уровень значимости различий: * - p < 0,05; ** - p < 0,01; *** - p < 0,001.

Сравнение встречаемости фенов в контрольной, тоцкой и двух основных импактных популяциях показывает следующее. Множественное сравнение, проведенное на основе G-критерия, выявило статистически значимые различия между всеми четырьмя выборками по частотам встречаемости 8 фенов из 21, что указывает на значительное фенетическое своеобразие этих популяций. Дальнейшее сравнение между популяциями по рекомендации Андерсена и Виига (Andersen, Wiig,1982) будем проводить лишь по признакам, различия по которым при множественном сравнении оказались статистически значимыми. Специальный расчет фенетических дистанций по комплексу 8 фенов приведен в таблице 34.

Таблица 34. Фенетические дистанции между контрольной и импактными популяциями рыжей полевки в Оренбургской области 1994 г и мера их уникальности (MU)

Популяция

1

2

3

4

Уникальность

1-Контрольная

-

1208

1711

926

3845

2-Тоцкая (1994)

152

-

1053

2195

4456

3-Кинзельская

97

174

-

3862

6626

4-Старобогда-новская

318

393

339

-

6983

Примечание: Верхняя треугольная матрица содержит значения фенетических дистанций (MMD х 1000) , нижняя - среднеквадратических отклонений (MSD x 1000).

Из таблицы хорошо видно, что фенетическая уникальность обеих импактных выборок более, чем 1,5 раза выше, чем в контрольной выборке. Можно полагать, что показатель фенетической уникальности, интегрально характеризующий выборки, убедительно доказывает факт резкого фенетического уклонения обеих импактных популяций по комплексу статистически значимо различающихся частот аберративных фенов черепа. Старобогдановская популяция представлена, к сожалению, небольшим числом отловленных зверьков в силу общей депрессии численности популяции в этом районе. По этой причине данная выборка не была включена в процесс ординации выборок методом неметрического шкалирования. Результаты многомерного шкалирования выборок приведены на рисунке 6.

Рис. 6. Результаты многомерного неметрического шкалирования фенетических дистанций между сравниваемыми выборками рыжей полевки. Для тоцкой популяции стрелкой указан вектор хронографического смещения от 1982 к 1994 году.

Хорошо видно, что выборки разных лет из тоцкой популяции наиболее близки. Величина внутрипопуляционных хронографических изменений в тоцкой популяции за 12 лет относительно невелика по сравнению с межпопуляционными и может в данном случае служить относительной мерой для оценки их масштаба и размаха. Максимальные различия наблюдаются между контрольной и кинзельской популяциями, тогда как тоцкая занимает промежуточное положение между ними. Так как в географическом отношении все три популяции удалены приблизительно на равное расстояние, то следует отметить, что уровень фенетических различий между кинзельской и контрольной популяциями непропорционально велик по сравнению с их географической удаленностью. Это прямо указывает на то, что кинзельская популяция проявляет большее фенетическое своеобразие, по сравнению с тоцкой популяцией по отношению к контрольной. Вполне вероятно, что воздействие радиоактивного загрязнения на геном зверьков в этой популяции в первые годы после взрыва привело к возникновению серьезного генетического уклонения в процессе индивидуального развития. Эти изменения и маркируют частоты аберративных фенов. Интересно отметить и то, что хронографическое смещение в тоцкой популяции от 1982 к 1994 году направлено в сторону приближения к контрольной выборке, т.е., по-видимому, постепенно происходит восстановление исходных свойств популяции и фенетические различия между популяциями, вероятно возникшие в первые годы после взрыва, постепенно нивелируются.

Таким образом, полученные данные доказывают наличие сильного феногенетического сдвига в импактной популяции (окрестности с.Кинзелька) по сравнению с контрольной (окр.дер.Нижнекристалка). Эти данные позволяют заключить, что последствия самого ядерного взрыва при отсутствии последующего сильного радиоактивного загрязнения местности в меньшей степени сказываются на процессах индивидуального развития последующих поколений млекопитающих, чем при хроническом воздействии радиации в малых дозах.

Оценка фенетического разнообразия популяций. Важными показателями в фенетических исследованиях являются среднее разнообразие фенов - ? ( Животовский, 1982 ), которое характеризует общее фенетическое разнообразие в популяциях, и доля редких фенов - h. Показатели Л.А.Животовского для контрольной и группы импактных популяций по данным 1994 г. приведены в таблице 35.

 Таблица 35. Сравнение показателей фенетического разнообразия в контрольной и импактных популяциях рыжей в Оренбургской области (по частотам 8 фенов, значимо различающихся между популяциями)

Популяция

Среднее разнообразие фенов, ? x 1000

Доля редких фенов, h x 1000

Контрольная

1726 + 2

79 + 8

Импактные: 

Тоцкая 1982 г.

1714 + 5

143 + 20

Тоцкая 1994 г.

1734 + 9

133 + 35

Кинзельская

1671 + 5

164 + 21

Старобогдановская

1636 + 10

65 + 46

Из таблицы видно, что достоверно больший уровень фенетического разнообразия (?) наблюдается в контрольной и тоцкой популяциях по сравнению с импактными, где фенетическое разнообразие заметно снижено. Однофакторный дисперсионный анализ показал, что при множественном сравнении выборок S-методом Шеффе (Шеффе,1980) по этому параметру межгрупповые различия оказываются статистически высоко достоверными (p < 0.01), а обе выборки из импактных участков во всех парах контрастов достоверно отличаются от контрольной выборки и обеих выборок из тоцкой популяции, контрасты которых при попарном сопоставлении друг с другом не обнаруживают статистически значимых различий. Примечательно, что выборки разных лет из тоцкой популяции по уровню фенетического разнообразия почти совпадают. Оценка, полученная по материалам из тоцкой популяции 1996 г., тоже хорошо согласуется с вычисленными в предыдущие годы сравнения и составляет ? = 1754 + 4. Возможно, такое снижение фенетического разнообразия в двух импактных популяциях связано со значительным отходом зверьков в первые годы, что могло привести к неизбирательному снижению генетического, а следовательно, и фенетического разнообразия. Другими словами, вполне вероятно, что из-за большой первоначальной гибели животных в импактных популяциях проявился хорошо известный эффект принципа основателя Майра (Майр,1968). Крайне низкая численность полевок в Старобогдановской популяции в 1994 г. и низкая численность рыжей полевки в пойме р.Лиман в эпицентральной зоне (6,7 экз. на 100 ловушко-суток) вполне реально иллюстрируют это предположение. Таким образом, фенетическое разнообразие по спектру мелких аберраций строения черепа на импактных участках оказалось достоверно ниже, чем на контрольном и в тоцкой популяции, что указывает на снижение генетического разнообразия в этих популяциях.

Доли редких фенов в тоцкой и кинзельской популяциях выше, чем в контрольной (табл.35). Относительно низкая величина показателя h в старобогдановской популяции, по-видимому, обусловлена просто малым объемом выборки, о чем уже говорилось ранее.

Обнаруженный факт резкого снижения уровня фенетического разнообразия по мелким аберрациям черепа и увеличения доли редких фенов в двух импактных группах животных указывает на возможную связь этого явления с мутагенным воздействием самого взрыва и дальнейшим радиоактивным загрязнением территории.

Анализ флуктуирующей асимметрии как меры дестабилизации процессов индивидуального развития. В начале этой главы подробно говорилось о феномене флуктуирующей асимметрии и возможности использования этого явления в популяционных исследованиях (Захаров, 1987). Напомним, что пионерные работы академика Б.Л. Астаурова еще в 20-е годы выявили особую форму изменчивости, которая обусловлена естественными стохастическими ошибками развития и приводит к хорошо известному теперь явлению флуктуирующей асимметрии (Soule', 1979; Захаров, 1986, 1987; Palmer, Strobeck, 1986; Parsons, 1992), Подавляющее большинство билатеральных морфометрических и неметрических признаков подвержены флуктуирующей асимметрии. Это явление неодинаковой реализации признака на разных сторонах особи обусловлено сбоями (ошибками) развития - эпигенетическими причинами, т.к. генотип особи и условия ее развития практически одинаковы для обеих сторон. Флуктуирующая асимметрия (ФА) - независимая и часто неодинаковая реализация билатеральных признаков на разных сторонах особи - является обобщенной эпигенетической мерой стресса (Parsons, 1990), позволяет оценить стабильность развития группы особей и широко используется при биомониторинге популяций (Захаров, 1985, 1987; Palmer, Strobeck, 1986 и др.).

Представляло интерес оценить степень дестабилизации развития в сравниваемых контрольной и импактной популяциях рыжей полевки по комплексу неметрических признаков черепа, основываясь на материалах 1994 г. Предварительный анализ не выявил связи индивидуального индекса флуктуирующей асимметрии (FAnm) ни с возрастом, ни с полом рыжих полевок. Это позволило использовать объединенные по полу и возрасту выборки животных. Результаты сравнения приведены в таблице 36.

Таблица 36. Значения индекс флуктуирующей асимметрии (FAnm) в разных выборках рыжей полевки (материал объединен по полу и возрасту)

Популяция

n

Значения индекса FAnm

1. Контрольная

87

17,46 + 0,91

2. Тоцкая

29

18,37 + 1,57

3. Кинзельская

56

19,26 + 1,13

4. Старобогдановская

9

22,94 + 2,83

Сравнение выборок рыжей полевки, проведенное методом Краскела-Уоллиса (непараметрическим аналогом однофакторного дисперсионного анализа), не выявило достоверных межгрупповых различий при множественном сравнении (p > 0,05), несмотря на то, что от контрольной выборки к импактным, расположенным ближе к предполагаемой осевой линии ТРАС, наблюдается заметный градиент увеличения среднего индекса. Поэтому можно говорить лишь о некоторой тенденции увеличения уровня флуктуирующей асимметрии от контрольной к импактным выборкам. Интерпретируя полученные данные, можно, таким образом, предполагать лишь слабую тенденцию к усилению дестабилизации развития в импактной зоне по сравнению с контрольной. Однако, скорее всего, в данном случае следует говорить о том, что отсутствие выраженных различий между популяциями и сравнительно невысокие уровни ФА указывают на относительную нормализацию экологической обстановки в данном районе, хотя, возможно, что для старобогдановской популяции это не так очевидно как для других. Данное утверждение согласуется с результатами радиоэкологического анализа и медико-экологических исследований. Можно также с большой осторожностью предполагать, что локальные популяции рыжей полевки либо не испытывают существенного негативного влияния среды, либо, за более, чем 100 поколений, прошедших после взрыва, у них выработалась адаптация к фактору вероятного хронического облучения в малых дозах по осевой линии ТРАС.

Важнее было оценить каков уровень флуктуирующей асимметрии в популяциях синантропного вида - домовой мыши, которая, как уже неоднократно отмечалось, может служить экотоксикологической моделью популяции человека. В нашем распоряжении были две выборки домовой мыши из Кристалки (условно контрольная популяция) и Старобогдановки (импактная популяция), которые были цитогенетически, радиометрически и экотоксикологически изучены (см. Гл.3). Для каждой особи, таким образом, имелись сведения о содержании в организме тяжелых металлов, уровне бета-активности костно-мышечной ткани, наличии тех или иных хромосомных аберраций. Нами дополнительно был проведен анализ индексов Fanm , характеризующих индивидуальную степень дестабилизации развития каждой особи по 15 билатеральным неметрическим признакам черепа. Использовали хорошо изученные в фенетическом отношении признаки домовой мыши (Васильев и др., 1986; Васильева и др.,1988). Результаты сравнения выборок по показателю FAnm и некоторым другим приведены в таблице 37.

Таблица 37. Оценка уровня флуктуирующей асимметрии (FAnm), содержания меди и цинка в печени и бета-активности костно-мышечной ткани в контрольной и импактной популяциях домовой мыши в зоне влияния Тоцкого ядерного взрыва

Показатель

П о п у л я ц и и

Уровень значимости различий по критерию H Краскела-Уоллиса

Контрольная

Импактная

n

M + m

n

M + m

FAnm

23

16,45 + 1,98

25

22,99 + 1,85

H = 5,498; p = 0,019

Бета-активность костно-мышечной ткани

23

257,6 + 7,56

25

255.5 + 6,96

H = 0,521; p = 0,471

Содержание цинка в печени, мкг/г

23

76,16 + 5,53

21

111,61 + 5,67

H = 17,199; p< 0,001

Содержание меди в печени, мкг/г

23

10,06 + 0,70

21

12.74 + 0,72

H = 3,849; p = 0,0497

Корреляционный анализ показал, что на индивидуальном уровне не наблюдается связи между уровнем флуктуирующей асимметрии и величиной бета-активности костно-мышечной ткани (коэффициент ранговой корреляции Спирмена в этом случае равен rs = -0,08; p = 0,562), а также с уровнем хромосомных аберраций хромосомного типа (rs = -0,05; p = 0,750), однако содержание цинка в печени достаточно тесно коррелирует с уровнем флуктуирующей асимметрии (FAnm) особей. Так как аналогично цинку содержание меди в печени зверьков в контрольной и импактной популяциях достоверно различается (табл.37), то можно было ожидать, что будет наблюдаться корреляция и этого показателя с FAnm. Однако ранговая корреляция в данном случае оказалась незначимой. Это заставляет предположить причинную связь содержания соединений цинка в печени с уровнем флуктуирующей асимметрии билатеральных структур черепа мыши. Трудно ожидать прямого влияния содержания цинка в печени животных на дестабилизацию процесса их развития, однако, нельзя исключить косвенного (опосредованного) влияния этого биологически важного элемента на морфогенез. Ранее нам удалось на мышах линий CBA, BALB/c и C57BL/6J показать, что стрессирование беременных самок при инъекции гормональных препаратов проявляется в неспецифическом нарушении нормального морфогенеза потомков (Васильев и др., 1986). Не исключено поэтому, что воздействие избыточных соединений цинка в организме животных может привести к стрессированию организма матери и, тем самым, неспецифически вызвать стрессирование процесса морфогенеза плода на поздних стадиях беременности и привести к повышению уровня флуктуирующей асимметрии. Однако в данном случае концентрация цинка не столь велика, чтобы вызвать какое-либо токсическое воздействие. Примечательно также, что слабая связь содержания цинка в печени в виде тенденции наблюдается и с индивидуальным проявлением хромосомных аберраций хромосомного типа, хотя в этом случае коэффициент ранговой корреляции Спирмена лишь приближается к первому уровню значимости различий, не достигая его (rs = 0,27; p = 0,079). В полученной картине много неясного, однако, как и в случае с лесной рыжей полевкой, в старобогдановской популяции синантропной домовой мыши также наблюдается наибольшее значение индекса FAnm. В дальнейшем необходимо вновь вернуться к изучению этого явления, так как возможно, что повышение уровня флуктуирующей асимметрии в окрестностях Старобогдановки (ныне пос. Пушкинский) у двух совершенно разных в экологическом отношении видов, имеющих резко различный экологический преферендум, является неслучайным и связано с общей пессимальностью окружающей среды в этом районе, одним из факторов которой является локально повышенное загрязнение тяжелыми металлами в сочетании с чрезвычайно слабым следовым радиоактивным загрязнением. Это, в свою очередь, может приводить к нарушению стабильности развития импактных популяций обоих индикаторных видов. Вне всякого сомнения некоторая аккумуляция цинка и меди должна наблюдаться и в организме людей, живущих в пос.Пушкинский (выше в Гл.2 отмечалось, что в верховьях р.Ток в воде наблюдается превышение ПДК по цинку), что также требует дальнейшего медико-экологического обследования данной территории. Напомним, что общий уровень хромосомных аберраций хромосомного типа в популяциях изученных модельных видов (домовой мыши и восточноевропейской полевки) в несколько раз превышает таковой на контрольных территориях, заведомо взятых за пределами Оренбургской области. При этом наибольшее число хромосомных аберраций встречено именно в окрестностях Старобогдановки. Поэтому обнаруженное у обоих видов повышение общего уровня флуктуирующей асимметрии билатеральных структур черепа может интегрально отражать неблагоприятное влияние среды на морфогенетические процессы, приводя к многочисленным нарушениям нормального протекания индивидуального развития.

В итоге анализа приведенных в этой главе результатов исследований можно заключить, что на модельных популяциях индикаторных видов мелких млекопитающих в районах, расположенных не только вблизи Тоцкого полигона и вдоль Тоцкого радиоактивного следа, но и за их пределами на территории Тоцкого и Красногвардейского районов обнаружено достаточное количество фактов, свидетельствующих о негативном воздействии окружающей среды на процессы индивидуального развития животных. Так как популяции индикаторных видов животных могут в известном приближении рассматриваться как экотоксикологическая модель популяции человека, то эти выводы в значительной степени могут быть экстраполированы и на местное население импактных районов.