Дождевые черви толстеют от загрязнения почвы тяжелыми металлами

Сотрудники Свободного университета (Амстердам, Нидерланды) под руководством доцента Корнелиса ван Гестела (Dr. Cornelis van Gestel) изучали дождевых червей (lumbricus rubellus), которые обитают в сильно загрязненных почвах. Оказалось, что дождевые черви нашли способ выживания даже в таких экстремальных условиях. 

Некрасив, но полезен

Хотя дождевые черви не очень привлекательны, а для многих просто неприятны, для экосистемы они бесценны. Доказательство -- как это ни удивительно, но в лесной зоне умеренного пояса дождевые черви превышают по массе наземных позвоночных животных почти в десять раз, а то и больше. Для почвы дождевые черви незаменимы. Во-первых, червь это практически одна большая и длинная пищеварительная система, которая заглатывает полуразложившиеся остатки растений вместе с землей. Пропустив через себя такой «микс», черви разлагают почвенную органику и обогащают почву минеральными веществами. Во-вторых, они дренируют почву.

При этом черви настолько скромны, что даже умирая не оставляют после себя никаких следов, а переваривают сами себя с помощью содержащихся в них клеток -- лизосом. Этот процесс называется автолизисом.

Обитание в загрязненных почвах

При изучении почвы сильно загрязненных территорий важно понять, что же происходит с ее обитателями. Ведь содержание загрязнителей в среде ничего не говорит об их опасности для живых организмов. Например, даже небольшая доза какого-нибудь вещества может стать летальной для целого ряда организмов. Но как определить степень этой опасности? Оказалось, что это можно сделать по состоянию дождевых червей. В качестве индикаторов можно рассматривать либо целое сообщество дождевых червей, либо их морфологию – вес, длину, диаметр тела и так далее. А можно провести более тонкий анализ – посмотреть на клеточные и субклеточные структуры. Такой метод будет самым точным. Это как ранний этап диагностики организма, когда болезнь еще никак себя не проявила, а недомогание уже чувствуется.

Диагностика по состоянию мембран лизосом

Метод ранней диагностики состояния дождевых червей,  который сейчас широко применяется, основан на оценке стабильности лизосомальных мембран. Лизосомы – это особая мишень для любых токсикантов. Ведь задача лизосом обезвредить и уничтожить врага – вторгшийся компонент. Но тяжелые металлы -- это не вирус и не бактерии, а ксенобиотик. Когда чужеродные вещества попадают в клетку, она оказывается в недоумении, потому что не знает что с ними делать. И как правило, затем ошибается, запуская не те механизмы.

Хуже, если поллютанты долго накапливаются в лизосомах. Тогда мембрана просто не выдерживает напора, рвется и все содержимое лизосом, а это сильнодействующие ферменты, попадает в клетку.

Метод оценки стабильности лизосомальных мембран основан на том, сколько времени лизосома сможет удержать модельный токсикант. Если долго, значит лизосома, клетка и весь организм здоровы, если недолго – больны.

Исследование голландских дождевых червей

Команда доктора ван Гестела провела исследования дождевых червей в районе Бисбоша в южной части Нидерландов. Эту территорию сильно загрязнили тяжелыми металлами и органическими поллютантами еще во время индустриальной эпохи XIX--XX веков. Сейчас, по словам ученых, она представляет собой периодически затапливаемый пустырь, заросший крапивой.

Чтобы исключить влияние природных факторов, 200 особей дождевых червей (lumbricus rubellus) вместе с землей из Бисбоша перевезли в лабораторию, где определяли в них содержание тяжелых металлов, проводили биохимический и морфологический анализ.

Черви впитывают металлы как губка

Почва оказалась сильно загрязнена медью, цинком и кадмием с большим, почти десятикратным превышением предельно допустимых значений. При этом черви отлично впитали в себя все токсиканты, которые, как отмечают ученые, легко проникали через всю поверхность их кожи.

Выход из сложной ситуации – адаптация

Доктор ван Гестел показал, что даже незначительное превышение уровня концентрации тяжелых металлов приводило к нарушению работы лизосом. Но что удивительно, организм червя оказался способным противостоять такому нарушению. Он ускорил рост. Увеличив размеры тела, а соответственно и размеры органов, клеток и внутриклеточных структур, организм оказался в более выгодных условиях. Поллютанты спокойно могут накапливаться в лизосомах более крупных размеров, и это не приводит к разрыву мембраны.

Как говорят ученые, они зафиксировали увеличение сухой массы тела червей и размеров их лизосом почти на 15%.

Этот защитный механизм оказался успешным. Доктор ван Гестел не обнаружил ни сокращения численности, ни уменьшения обилия и разнообразия сообществ дождевых червей. И главное – они продолжали так же честно и добросовестно выполнять свою работу по разложению почвенной органики.

Результаты исследований выйдут в мартовском номере Journal of Environmеntal Pollution.