Красные приливы и токсические микроводоросли в дальневосточных морях России

Вестник ДВО РАН. 2005. № 1

Т. Ю. ОРЛОВА

Красные приливы и токсические микроводоросли в дальневосточных морях России

Изложены основные результаты изучения токсических микроводорослей планктона дальневосточных морей России.

Red tides and toxic microalgae in the Far Eastern seas of Russia. T.Yu.ORLOVA (Institute of Marine Biology, FEB RAS, Vladivostok).

The main results of studying the toxic microalgae from the Far Eastern seas ofRussia are considered.

Изменение климата и антропогенное воздействие привели к тому, что вредоносное цветение водорослей (ВЦВ), часто называемое красным приливом, приобрело глобальный характер. Массовое размножение микроводорослей в морских и опресненных водах представляет опасность для здоровья людей, снижает продуктивность хозяйств марикультуры и наносит значительный ущерб туризму и рекреационным системам [13]. Микроводоросли, включая токсические виды, являются начальным звеном пищевой цепи. Морские беспозвоночные, в основном мол-люски-фильтраторы (мидии, устрицы, гребешки), а также крабы, креветки и другие организмы, могут аккумулировать токсины микроводорослей до концентраций, летальных для человека. В настоящее время известно около 300 видов микроводорослей, вызывающих цветение воды, из которых более 40 видов способны продуцировать токсины. Ежегодно в мире регистрируются десятки тысяч случаев отравления вследствие употребления в пищу рыбы, моллюсков и других морепродуктов, содержащих токсины микроводорослей [15].

Несмотря на активные исследования токсических микроводорослей, проводимые за рубежом, отечественная литература, посвященная этой проблеме, немногочисленна.

Случаи вредоносного цветения водорослей, сопровождавшиеся отравлениями и гибелью людей и морских животных, зарегистрированы и на Дальнем Востоке России. Первое описание гибели людей в результате отравления ядовитыми моллюсками дано Александром Барановым - главой Российско-Американской торговой

ОРЛОВА Татьяна Юрьевна - кандидат биологических наук (Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток).

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов ДВО РАН («Токсические микроводоросли дальневосточных морей России: морфология, распределение, состав токсинов», «Реакция морской биоты на изменение природной среды и климата») и ДРК ЯКОШСТ 2004-18-КМУ.

компании [1]. 8 июля 1799 г. у западного берега Ситхи на Аляске всего за два часа в мучениях умерло 115 местных охотников (кадьякцев и чугачей). Причиной трагедии стали ядовитые мидии, собранные в проливе между островами Ситха и Чичагов. Эта массовая гибель сородичей так поразила оставшихся в живых туземцев, что они, невзирая на приказы и угрозы русского начальства, в панике покинули пролив, получивший название Пагубный. Русские промышленники еще в начале трагедии пытались спасти людей, давая им в качестве рвотного порох, табак, пепел и нашатырь с мыльной пеной, но эти средства помогли немногим. Еще около 20 охотников скончались в пути. В сентябре 1945 г. после употребления в пищу мидий, собранных в бухте Павла в Беринговом море, отравились 6 членов экипажа рыболовного судна флотилии «Алеут», из которых двое умерли [5]. В 1973 г. в Петропавловске-Камчатском во время красного прилива отравление в результате употребления в пищу мидий получили 12 человек, в основном дети, двое из которых умерли [5].

С 1980 г. сотрудниками группы фитопланктона лаборатории экологии шельфовых сообществ ИБМ ДВО РАН проводятся фундаментальные и прикладные исследования по проблеме вредоносного цветения водорослей. В результате этих исследований в дальневосточных морях России было обнаружено 25 видов потенциально токсических микроводорослей, часть из них вызывает цветение воды в Беринговом море, в зал. Петра Великого Японского моря и у берегов о-ва Сахалин [2, 3, 10, 11, 14, 16-18]. Особое внимание было уделено изучению продуцентов нейротоксинов, в частности динофлагеллятов рода Alexandrium и диатомей рода Pseudo-nitzschia. Виды рода Alexandrium широко известны как продуценты яда сакситоксина, который передается по пищевым цепям, вызывая отравления людей, а также массовую гибель теплокровных животных. Согласно описанным симптомам, такое отравление получило название «паралитическое отравление моллюсками» [13]. В конце 1980-х годов в Беринговом море и у побережья Камчатки были обнаружены 3 вида рода Alexandrium [4]. Дальнейшие исследования показали, что Alexandrium широко распространен у российского Тихоокеанского побережья и представлен 7 видами, 5 из которых оказались новыми для морей России [2, 9]. Вид Alexandrium tamarense (рис. 1) наиболее широко распространен в дальневосточных морях России и является основным компонентом токсических красных приливов, неоднократно наблюдавшихся у побережья Камчатки в конце 1980-начале 1990-х годов [3].

По данным исследований, популяции A. tamarense соответствуют одному мор-фотипу, но генетически не однородны. Так, анализ больших субъединиц рибосо-мальной РНК показал, что в дальневосточных морях России вид представлен тремя популяциями-риботипами: восточно-атлантическим, западно-тихоокеанским и японским умеренно-азиатским [19]. Изучение культур A. tamarense, проведенное с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматоргафии (HPLC), определило высокую токсичность всех выделенных клонов. Была установлена изменчивость состава токсинов, в частности сакситоксина и его производных, у разных популяций A. tamarense из дальневосточных морей России [19]. Исследования показали, что угроза отравления паралитическими токсинами может наблюдаться на значительно большей акватории, чем это предполагалось ранее, и охватывать все восточное прибрежье России от пролива Дежнева до южного Приморья (рис. 2).

Диатомовые водоросли рода Pseudo-nitzschia привлекают внимание ученых как продуценты нейротоксичной домоивой кислоты [20]. Накапливаясь в тканях моллюсков-фильтраторов, она передается по пищевой цепи и может вызывать отравление людей и теплокровных животных. Согласно описанным симптомам

Рис. 1. Микроводоросли - продуценты токсинов: 1, 2 - динофлагеллята Alexandrium tamarense - продуцент сакситоксина и его производных; 3, 4 - диатомовая водоросль Pseudo-nitzschia multiseries - продуцент домоивой кислоты. Фотографии получены с помощью микроскопии: световой (СМ), флуоресцентной (ФМ) и электронной (ЭМ). Масштабная линейка: 10 мкм

(расстройства нервной системы различной степени тяжести), заболевание получило название Domoic Acid Poisoning (DAP) - отравление домоивой кислотой. Токсические цветения Pseudo-nitzschia у берегов Канады, США и Новой Зеландии сопровождались сотнями случаев отравления и даже гибели людей, морских млекопитающих и птиц. В этих странах действуют службы мониторинга DAP, контролирующие появление и развитие потенциально токсических видов диатомей. Случаи цветения Pseudo-nitzschia зарегистрированы и в дальневосточных морях России [8, 12, 16]. По материалам многолетних сборов фитопланктона у юго-восточных берегов России (зал. Петра Великого Японского моря, Охотоморское побережье о-ва Сахалин), обнаружено 10 видов данного рода, 4 из которых оказались новыми для российских морей. Интенсивное размножение этих водорослей наблюдается в начале лета и осенью, когда их плотность может достигать нескольких миллионов клеток в литре морской воды. По данным изучения массовых видов рода Pseudo-nitzschia в условиях лабораторной культуры были построены кривые роста и описаны особенности жизненного цикла, которые позволяют объяснить возможные механизмы их появления и цветения в прибрежных мелководных и эстуарных водах дальневосточных морей. Впервые с помощью метода HPLC был проведен скриннинг содержания домоивой кислоты в некоторых культурах Pseudo-nitzschia, который показал ее высокое содержание (760 нг/мл) в 27-дневной культуре Pseudo-nitzschia multiseries (рис. 1) из зал. Петра Великого (рис. 2).

С целью проведения контроля над появлением и развитием токсических водорослей с 1990 г. проводится мониторинг ВЦВ в районах хозяйств марикульту-ры Приморья. Зарегистрировано 15 видов водорослей, известных как потенциально токсические. Показано, что угроза отравления биотоксинами водорослей

Рис. 2. Карта-схема распространения токсических микроводорослей в дальневосточных морях России. Условные обозначения: 1 - районы обнаружения потенциально токсических микроводорослей, 2 - районы, где токсичность изолированных микроводорослей экспериментально подтверждена; PSP - паралитическое отравление, DAP - отравление домоивой кислотой

усиливается в летне-осенний период [6, 7]. В это время концентрация токсических водорослей достигает уровня, при котором вводятся ограничения вплоть до запрета на добычу морепродуктов в странах АТР и Евросоюза. Полученные данные о составе, распределении и динамике развития токсических водорослей позволяют оценить уровень риска отравления нейротоксинами в период цветения воды. Эти сведения должны быть использованы для создания государственной региональной службы мониторинга ВЦВ во всех районах, где ведется добыча морских биоресурсов. Говоря о проблеме вредоносного цветения водорослей, следует отметить, что в Российской Федерации отсутствует контроль содержания биотоксинов микроводорослей, содержащихся в пищевых продуктах морского происхождения, производимых в нашей стране и ввозимых из-за рубежа, что ставит под угрозу безопасность населения. Следует также отметить, что одним из реальных источников инвазии новых токсических организмов (в частности микроводорослей) являются никем не контролируемые балластные воды судов. При сбросе этих вод перед загрузкой в портах России на акваторию попадают вредоносные организмы, способные не только прижиться в экосистеме, но и оказать существенное влияние на ее биоразнообразие и функционирование.

Признавая особую актуальность проблемы ВЦВ, Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО организовала специальный комитет по проблеме ВЦВ (International Panel of Harmful Algal Bloom - IPHAB). Исключительная важность этой проблемы подтверждается проведением ежегодных заседаний комиссий международных организаций IOC, WESTPAC и PICES, работающих под эгидой ЮНЕСКО. В рамках мировой программы координации действий в области охраны окружающей среды UNEP (United Nations Environment Programme) разработан «План действий» в Дальневосточном регионе (Northwest Pacific Action Plan) и создан региональный Центр координации деятельности стран-участниц в области изучения и контроля цветений вредоносных водорослей. Во всех странах АТР,

Евросоюза, в США и Канаде разработаны национальные программы по мониторингу ВЦВ. Анализ существующей ситуации по проблеме токсических водорослей в дальневосточных морях России свидетельствует о необходимости создания системы обязательного государственного мониторинга ВЦВ на эксплуатируемых морских акваториях как основы контроля экологической безопасности использования биологических ресурсов нашей страны.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гринев А.В. Русские колонии на Аляске на рубеже XIX в. // История Русской Америки. 1732-1867. М.: Международные отношения, 1999. Т. 2. С. 39.

2. Коновалова Г.В. Динофлагелляты (Dinophyta) дальневосточных морей России и сопредельных акваторий Тихого океана. Владивосток: Дальнаука, 1998. 300 с.

3. Коновалова Г.В. Красные приливы в дальневосточных морях России и прилегающих акваториях Тихого океана (Обзор) // Альгология. 1992. Т. 2, № 4. С. 87-93.

4. Коновалова Г.В. Морфология трех видов Alexandrium (Dinophyta) из прибрежных вод восточной Камчатки // Ботaн. журн. 1989. Т. 74, № 10. С. 1401-1409.

5. Куренков И.И. Красный прилив в Авачинской бухте // Рыб. хоз-во. 1974. № 4. С. 20-21.

6. Морозова ТВ., Орлова Т.Ю. Мониторинг фитопланкона в районе хозяйства марикультуры в заливе Восток Японского моря // Биология моря. (В печати).

7. Морозова Т.В., Селина М.С., Орлова Т.Ю. Фитопланктон в районе хозяйства марикультуры бухты Миноносок залива Посьета Японского моря // Биология моря. 2002. Т. 28, № 2. С. 107-112.

8. Орлова Т.Ю., Стоник И.В. Виды рода Pseudo-nitzschia (Bacillariophyta), найденные в дальневосточных морях России // Ботан. журн. 2001. Т. 86, № 4. C. 47-52.

9. Селина М.С., Коновалова Г.В. Морфология Alexandrium pseudogonyaulax (Dinophyta) из дальневосточных морей // Ботан. журн. 2001. Т. 86, № 10. С. 22-25.

10. Селина М.С., Морозова Т.В. Первые находки динофлагеллят Alexandrium margalefi Balech, 1994 и Alexandrium tamutum Montresor, Beran et John, 2004 в дальневосточных морях России // Биология моря. (В печати).

11. Селина М.С. Распределение потенциально токсичных динофитовых водорослей рода Dinophysis в заливе Восток Японского моря // Биология моря. 1993. № 5-6. С. 23-29.

12. Стоник И.В., Орлова Т.Ю., Шевченко О.Г. Морфология и экология видов рода Pseudo-nitzschia (Bacillariophyta) из залива Петра Великого Японского моря // Биология моря. 2001. Т. 27, № 6. С. 416-420.

13. Hallegraeff G.M. Harmful algal blooms: A global overview // Manual of harmful marine microalgae. Paris: UNESCO, 1995. P 1-22.

14. Konovalova G.V. Toxic and potentially toxic dinoflagellates from the Far East coastal waters of Russia // Toxic phytoplankton blooms in the sea. Amsterdam: Elsevier Sci. Publ., 1993. P. 275-279.

15. Landsberg J.H. The effects of harmful algal blooms on aquatic organisms // Reviews in Fish. Sci. 2002. Vol. 10, N 2. P. 113-390.

16. Orlova T. Yu., Zhukova N.V., Stonik I.V. Bloom-forming diatom Pseudonitzschia pungens in Amyrskii Bay (the Sea of Japan): morphology, ecology and biochemistry // Harmful and toxic algal blooms. Sendai: IOC of UNESCO, 1996. P. 147-150.

17. Orlova T.Yu., Selina M.S., Stonik I.V. Distribution of harmful microalgae in Peter the Great Bay, Sea of Japan, Russia // Harmful Algae. Santiago de Compostela, Spain: IOC of UNESCO, 1998. P. 86-87.

18. Orlova T.Y., Konovalova G.V., Stonik I.V, Selina M.S., Morozova T.V., Shevchenko O.G. Harmful algal blooms on the eastern coast of Russia // Harmful algal blooms in the PICES region of the North Pacific. PICES Sci. Rep. 2002. N 23. P. 47-73.

19. Orlova T.Yu., Selina M.S., Lilly E.L., Kulis D.M., Anderson D.M. Morphogenetic and toxin composition intraspecific variability of Alexandrium tamarense from the Russian east coast // X Intern. Conf. Harmful Algae: Abstract. St. Pete Beach, Florida, USA, 21-25 October 2002. St. Pete Beach, 2002. P. 220.

20. Subba Rao D.V., Quilliam M.A., Pocklington R. Domoic acid - a neurotoxic amino acid produced by the marine diatom Nitzschia pungens in culture // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 1988. Vol. 45, N 12. P. 2076-2079.