ДОЖДЕВЫЕ ЧЕРВИ EISENIA FETIDA И EISENIA ANDREI КАК ТЕСТ-ОБЪЕКТЫ В ЭКОТОКСИКОЛОГИИ ПОЧВ

Введение

Загрязнение почв пестицидами, тяжёлыми металлами и другими веществами требует методов, позволяющих оценить не только содержание загрязнителей, но и их действие на живые организмы. Дождевые черви рассматриваются как удобная группа для такой оценки: они живут в почве, непосредственно контактируют с ней и питаются органическим материалом [1; 2]. Поэтому дождевые черви используются в стандартизованных биотестах.

Наиболее часто в таких тестах применяют два близких вида — Eisenia fetida и Eisenia andrei, известные также в вермикультуре. Их использование регулируется международными руководствами ОЭСР и ИСО [3–5]. Для студента-биолога эта тема интересна тем, что показывает, как лабораторные организмы превращаются в инструмент оценки среды, и позволяет понять ограничения такой оценки.

Цель работы — на основе анализа литературы и нормативных документов охарактеризовать использование червей Eisenia в качестве тест-объектов в экотоксикологии. Задачи: 1) выяснить причины выбора этих видов; 2) описать стандартные тесты; 3) рассмотреть ограничения и этические требования.

Материалы и методы

Работа выполнена как аналитический обзор. Использованы руководства ОЭСР и ИСО, а также обзорные и экспериментальные статьи по экотоксикологии почв, найденные в Google Scholar, на портале PubMed, в электронной библиотеке eLibrary и на портале «КиберЛенинка». Поиск вёлся по ключевым словам: экотоксикология почв, дождевые черви, Eisenia fetida, биотест, токсичность, искусственная почва. Числовые параметры тестов приводятся по документам и должны сверяться с их действующей редакцией.

Результаты и обсуждение

Почему выбраны именно эти виды

Выбор E. fetida и E. andrei связан с их биологией. Они хорошо размножаются в лаборатории, имеют короткий жизненный цикл и неприхотливы в содержании [6; 7]. Эти особенности позволяют получать однородный материал и воспроизводить эксперименты в разных лабораториях. Вместе с тем в обзоре К. Лоу и К. Батта отмечено, что выбор вида влияет на результат, и для корректной интерпретации необходимо учитывать различия в чувствительности разных видов червей [6].

Следует учитывать, что Eisenia — эпигейные черви, обитающие в органической подстилке и компосте, и не являются типичными обитателями минеральных почв [7]. Поэтому результаты тестов на этих видах нельзя напрямую переносить на все дождевые черви.

Стандартные тесты

Руководства ОЭСР и ИСО описывают тесты на острую токсичность и на репродукцию (таблица 1) [3–5]. Тест на острую токсичность продолжается около двух недель и оценивает выживаемость и изменение массы червей при контакте с исследуемым веществом [3; 5]. Тест на репродукцию длится дольше: сначала в течение нескольких недель экспонируются взрослые черви, а затем оценивается число появившихся молодых червей [4].

Таблица 1.

Основные стандартные тесты с дождевыми червями по данным руководств ОЭСР и ИСО [3–5]

Тесты проводят в искусственной почве, состав которой задан руководством: в неё входят торф, каолиновая глина и кварцевый песок, а кислотность доводят до заданного значения [3; 4]. Стандартная смесь позволяет сравнивать результаты разных лабораторий и отделять действие вещества от влияния свойств почвы. Для проверки состояния животных и методики используют вещество сравнения с известным действием [4].

Показатели и интерпретация

В тестах оценивают смертность, изменение массы тела и репродуктивный успех. Показатели репродукции, как правило, оказываются чувствительнее острых, поскольку вещество может не убивать червей, но снижать число молодых [2; 4]. Результаты выражают в виде концентраций, при которых наблюдается определённый эффект. При этом важно описывать условия опыта, потому что результат зависит от свойств почвы и доступности вещества для организма [2].

Ограничения и критика

Основное ограничение связано с переносом лабораторных результатов в природу. В обзоре Д. Спёрджена и соавторов отмечено, что чувствительность разных видов червей и влияние свойств почвы на доступность загрязнителей затрудняют прямое использование лабораторных данных для оценки реального риска [2]. Кроме того, работа Р. Ромбке и соавторов показывает, что дождевые черви используются и в оценках состояния почв в полевых условиях, но для этого необходимо учитывать видовой состав и экологические группы [1].

Этические требования и безопасность

Экотоксикологические тесты связаны с воздействием потенциально токсичных веществ на живых организмов, поэтому они выполняются в специализированных лабораториях по стандартизованным методикам. Для студенческой работы допустимо изучать этот метод по литературе, но не воспроизводить его с опасными веществами. Учебные наблюдения за червями должны быть безвредными и ограничиваться измерением условий среды, например влажности, температуры и кислотности субстрата.

Значение для практики наблюдений

Сведения о стандартизации биотестов полезны при планировании даже простых опытов: описание условий, использование контроля и повторностей, учёт массы и числа животных. Эти принципы применимы и в учебных работах по вермикультуре. Ограничением настоящего обзора является то, что он основан на небольшом числе обобщающих работ и документов, а подробные методики необходимо брать из самих руководств.

Выводы

1. Виды Eisenia fetida и E. andrei широко используются как тест-объекты благодаря короткому жизненному циклу и простоте содержания.

2. Руководства ОЭСР и ИСО описывают стандартизованные тесты на острую токсичность и репродукцию в искусственной почве.

3. Показатели размножения, как правило, чувствительнее показателей смертности.

4. Перенос лабораторных результатов в природу ограничен, а студенческие работы должны быть безвредными для животных.

Список литературы:

1. Römbke J., Jänsch S., Didden W. The use of earthworms in ecological soil classification and assessment concepts // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2005. Vol. 62, № 2. P. 249–265.
2. Spurgeon D.J., Weeks J.M., Van Gestel C.A.M. A summary of eleven years progress in earthworm ecotoxicology // Pedobiologia. 2003. Vol. 47, № 5–6. P. 588–606.
3. OECD. Test No. 207: Earthworm, Acute Toxicity Tests. OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2. Paris: OECD Publishing, 1984.
4. OECD. Test No. 222: Earthworm Reproduction Test (Eisenia fetida/Eisenia andrei). OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2. Paris: OECD Publishing, 2016.
5. ISO 11268-1:2012. Soil quality — Effects of pollutants on earthworms — Part 1: Determination of acute toxicity to Eisenia fetida/Eisenia andrei. Geneva: International Organization for Standardization, 2012.
6. Lowe C.N., Butt K.R. Earthworm culture, maintenance and species selection in chronic ecotoxicological studies: a critical review // European Journal of Soil Biology. 2007. Vol. 43, Suppl. 1. P. S281–S288.
7. Edwards C.A., Bohlen P.J. Biology and Ecology of Earthworms. 3rd ed. London: Chapman & Hall, 1996. 426 p.