Видовое разнообразие хирономид (Diptera, Chironomidae) как индикатор состояния водоемов города Калининграда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат биологических наук Червоткина, Татьяна Анатольевна

• Червоткина, Татьяна Анатольевна
• кандидат биологических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Червоткина, Татьяна Анатольевна

Введение.

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Общая характеристика хирономид.

1.1.1 Особенности биологии и экологии хирономид.

1.1.2 Внешняя морфология личинок хирономид (на примере представителей трибы СЫгопогшш).

1.1.3 Таксономия семейства и характерные признаки Подсемейств и родов.

1.1.4 Структурно-функциональная организация политенных хромосом личинок хирономид.

1.2 Подходы к оценке видового разнообразия хирономид.

1.3 Биоиндикация водных экосистем с использованием хирономид.

Глава 2. Материалы и методы.

Глава 3. Результаты исследования.

3.1. Характеристика исследованных водоемов.

3.2 Эколого-фаунистический обзор хирономид.

3.3 Видовой состав и экологические комплексы хирономид исследованных водоемов.

3.4. Индексы видового разнообразия хирономид и оценка состояния водных экосистем.

3.5. Обилие и возрастная структура популяций хирономид.

Глава 4. Обсуждения.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Видовое разнообразие хирономид (Diptera, Chironomidae) как индикатор состояния водоемов города Калининграда»

Актуальность работы. Антропогенное воздействие на окружающую природную среду и негативные экологические последствия загрязнений давно приобрели региональный, а также глобальный характер, выходя за пределы узкого локального воздействия. Известно, что под воздействием увеличивающегося антропогенного пресса различные водоемы на протяжении ряда десятилетий подвергаются одновременно токсическому и органическому загрязнению, в результате чего происходит ухудшение качества воды, а также в значительной мере нарушается нормальный ход биологических процессов в водоемах. Под угрозой вымирания в первую очередь оказываются беспозвоночные, наиболее чувствительные к различным видам загрязнений [1]. Сегодня большая часть водоемов Калининградской области в различной степени загрязнена хозяйственно-бытовыми, промышленными, сельскохозяйственными стоками, сбрасываемыми в водоемы зачастую вовсе без очистки. В последние годы увеличился интерес к проблемам оценки качества воды, проведения мониторинговых исследований, в которых качественные и количественные характеристики гидробионтов могут выступать в качестве инструмента, позволяющего с достаточно высокой точностью сделать заключение о состоянии водной экосистемы. Значительное внимание в последнее время уделяется исследованию фауны водных беспозвоночных. Объектом изучения при этом часто становится фауна зообентоса пресных вод, экологическая группа, которая объединяет животных, большую часть своего жизненного цикла обитающих либо на поверхности, либо в толще грунта [2]. Исследованию бентоса малых городских водоемов уделяется мало внимания, и лишь в последние два десятилетия стали появляться немногочисленные данные по этой теме [3].

Представители семейства хирономид {Díptera, Chironomidaé) являются хорошими биоиндикаторами экологического состояния водоемов. Повсеместно распространенные, обитающие в массовых количествах, свой самый длительный период жизни они проводят в стадии личинки, при этом составляя один из основных компонентов макрозообентоса пресных водоемов [4]. Личинки хирономид 5 формируют основную массу биологической продуктивности водоема, а также являются кормом для ценных видов рыб, участвуют в процессах биологического •самоочищения водоемов. Личинки населяют различные водоемы, водотоки любых типов, при этом они способны достигать численности до нескольких тысяч особей на один квадратный метр [5; 6]. Помимо этого, выполняя функции биологической очистки водоемов, они активно участвуют в процессах трансформации органического вещества. В результате строительства в грунте домиков-трубок, личинки хирономид в несколько раз увеличивают поверхность раздела воды и грунта, тем самым интенсифицируя микробиологические процессы. [7; 8]. Большое видовое разнообразие этого семейства насекомых (для мировой фауны известно около 5000 видов), сравнительно с другими беспозвоночными, представителями ^донной фауны, является свидетельством того, что они дают наиболее обширный спектр ответных реакций на любые внешние воздействия [5, 9]. Все перечисленные выше характеристики неизменно приводят к повышенному вниманию к этой группе со стороны энтомологов, гидробиологов, цитогенетиков и экологов [7]. В последние десятилетия хирономиды стали часто использоваться в качестве тест-объекта в ходе различных экологических и биоценологических исследований при оценке уровня антропогенной трансформации континентальных водоёмов.

Наиболее важным преимуществом хирономид перед другими организмами-биоиндикаторами является наличие у них естественной модели для изучения ""хромосом в интерфазе - гигантские политенные хромосомы. Большие размеры, уникальный чёткий рисунок из полос различной ширины и уровня плотности, который создает индивидуальный портрет любого участка хромосомы, дают возможность получить надежную информацию о топографии происходящих в хромосомах процессов, а также расположении, либо перемещении генов, фрагментов ДНК, а также компонентов нуклеопротеина [10]. Гигантские хромосомы дают возможность обнаружить в наследственном аппарате малейшие нарушения, возникающие под воздействием антропогенных факторов, а также прослеживать их в следующих поколениях. При биомониторинге водоёмов используются данные о частоте инверсионного полиморфизма политенных хромосом хирономид [11; 12; 13].

Морфологические методы изучения личинок хирономид используются давно и достаточно хорошо разработаны. Кариотипические же методы в таксономии хирономид начали использоваться лишь с конца 60-х гг. прошлого столетия в разных странах и многие характеристики кариотипа ещё недостаточно унифицированы и далеко не всегда единообразно используются. Ряд характеристик кариотипов хирономид являются видоспецифичными, что позволяет их использовать при видовой идентификации. Точное определение видов хирономид возможно лишь при изучении кариотипических и морфологических особенностей личинок [11; 14; 15].

Существующие в регионе данные о фауне хирономид в основном были получены в результате морфологической диагностики [16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 23; 24]. Данный подход к определению большого количества видов хирономид некорректен, поскольку наличие видов-двойников делает морфологическую идентификацию видов мало эффективной. При этом большая часть данных по этой группе беспозвоночных в регионе устарела, так как основана на результатах исследований 70-80 -х гг. В настоящее время изучение фауны хирономид области находится на начальном этапе, однако по-прежнему большая часть такого рода исследований базируется только на морфологической идентификации. Информация по видовому составу хирономид водоёмов области, основанная на сравнительной морфо-кариологической диагностике видов, немногочисленна [25; 26; 27; 28; 29; 30; 31; 32; 33; 34; 35; 36; 37; 38; 39] и пока не дает общего представления о видовом разнообразии хирономид в регионе. Весьма актуальной является проработка вопроса использования критериев видового разнообразия хирономид в биоиндикации.

Цель и задачи исследования.

Основной целью настоящей работы является изучение видового состава и экологических характеристик хирономид водоемов города Калининграда с разным уровнем загрязнения.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Определить видовой состав хирономид с использованием комплексной морфо-кариологической идентификации;

2. Уточнить, для каких региональных видов обязательным условием эффективной видовой идентификации является диагностика с использованием кариотипических параметров;

3. Определить экологические особенности и количественные характеристики популяций хирономид в различные сезоны;

4. Выделить различные биотопические комплексы популяций хирономид;

5. Сопоставить два разных критерия оценки уровня загрязненности водных экосистем: по индексам видового разнообразия и данным химического состава воды.

Научная новизна.

Данная работа является результатом первых значимых мониторинговых исследований видового разнообразия хирономид г. Калининграда. Впервые в регионе были обнаружены 10 видов хирономид, из них 5 - выявлены с помощью комплексной морфо-кариологической диагностики. Такого рода исследования с привлечением кариоанализа в диагностике видов в регионе единичны.

Благодаря применению кариоанализа было определено, для каких региональных видов при видовой идентификации является необходимым применение кариодиагностики.

Впервые дана оценка качества водных экосистем города Калининграда в зависимости от показателей видового разнообразия хирономид. Была показана зависимость индекса видового богатства Маргалефа от качества воды в водоемах.

Выявлены региональные закономерности изменения численности и биомассы, а также других характеристик структуры таксоценоза личинок хирономид в зависимости от времени года.

Практическое и теоретическое значение работы

Полученные данные являются первым наиболее полным и значимым материалом по видовому составу хирономид водоемов г. Калининграда, они в полной мере подтверждают биоиндикационную значимость личинок хирономид, и являются основой постоянных многолетних мониторинговых исследований фауны хирономид и состояния водоёмов региона. Полученные данные могут быть использованы для разработки новых интегральных методик мониторинга водных экосистем.

Новые данные о фауне хирономид региона, безусловно, пополнят имеющиеся сведения о видовом разнообразии хирономид Калининградской области.

Основные положения, выносимые на защиту:

Выявлены особенности годовой динамики численности и возрастной структуры популяций хирономид водоемов города Калининграда;

Индексы видового разнообразия хирономид являются достоверным критерием для оценки экологического состояния водоемов Калининградской области; I

Впервые определены 10 видов хирономид, новых для Калининградской области, что позволяет расширить их ареалы обитания на европейской территории;

- Выявлено: для родов СМгопотш и СатрШсЫгопотт в ходе видовой идентификации на личиночной стадии развития применение метода кариодиагностики является строго обязательным, а для родов ЕпйосЫгопотиь, аурШепсИрех и некоторых представителей р. РеМаресШит и р. СгурЮсЫгопотт применение кариоанализа значительно увеличивает эффективность и точность определения.

Апробация работы.

Материалы диссертации доложены в виде устных и стендовых докладов на следующих региональных конференциях: конференция научных и научно-исследовательских работ молодых ученых и специалистов Калининградской области (г. Калининград, июнь 2010 г.), конференция по результатам конкурса научно-исследовательских проектов УМНИК-2010 (г. Калининград, октябрь 2010 г.); всероссийских конференциях: XIV Школа-конференция молодых ученых "Биология внутренних вод" (пос. Борок, октябрь 2010 г.), Всероссийская конференция с международным участием «Экология малых рек в XXI веке: биоразнообразие, глобальные изменения и восстановление экосистем» (г. Тольятти, сентябрь 2011 г.). Материалы диссертации также были апробированы в ходе заочного участия в следующих конференциях: Международная конференция, посвященная 100-летию со дня рождения Ф.Д. Мордухай-Болтовского «Экология водных беспозвоночных» (пос. Борок, октябрь - ноябрь 2010 г.), V Международная конференция по кариосистематике беспозвоночных животных «КАШО V» (г. , Новосибирск, август 2010 г.), Международная научная конференция и международная школа для молодых ученых «Чтения памяти профессора М.М. Кожова» (г. Иркутск, сентябрь 2010 г.), IV Всероссийская конференция по водной экотоксикологии, поев. пам. Б.А. Флерова, «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (пос. Борок, сентябрь 2011 г.), II Международная конференция «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (г. Санкт-Петербург, октябрь 2011 г.).

Публикация результатов исследования.

По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 2 - в реферируемых „журналах.

Структура и объем работы.

Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, который включает 153 источника. Материал представлен 11 таблицами, 24 рисунками и 15 приложениями.