Hidrológiai Közlöny 2000 (80. évfolyam)

5-6. szám - XLI. Hidrobiológus Napok: "Vízi ökoszisztémák (taxonómia, biodíverzitás, biomonitorozás, élőhelyek frakmentációja, inváziós fajok biológiája)" Tihany, 1999 október 6-8.

312 HIDROLÓGIAI KÖZLÖNY 2000. 80. feVF. 5. SZ. Al toxicitás csökkenése vándorkagylókban (Dreissena polymorpha L.) Si hatására Kádár Enikő, Salánki János, MTA Balatoni Limnológiai Kutató Intézet, Tihany, Hungary Keith N. White, Cathy McCrohan Sch. Biol. Sei., University of Manchester, 3.614 Stopford Building, Oxford Rd. M13 9Pt, Manchester, U.K. Kivonat:Az alumínium (Al), annak ellenére hogy a földkéreg harmadik leggyakoribb eleme, az élőlényekben a környezethez képest aránytalanul kis koncentrációban van jelen. Ez egyrészt bizonyára az evolúció során kialakult védekezési mechanizmusokkal magyarázható, másrészt pedig azzal, hogy általában kötött, biológiailag nem hozzáférhető formában található a természetben. A környezetszennyezés hatására azonban (kén és nitrogén oxidok atmoszférába jutásával, majd savas esőként való lecsapódásával) AI ionok szabadulnak fel a kötött szilikátos formákból és pH-tól függően toxikus koncentrációkat érhetnek el a felszíni vizekben. A korábbi kutatások során majdnem egyöntetűen arra következtettek, hogy az alumínium fiziológiás pH-n nem hozzáférhető Ezzel szemben eddigi, édesvízi gerincteleneken végzett kutatásaink egyértelmöen bizonyítják, hogy nemcsak hozzáférhető, de toxikus hatást fejt ki. A kagylók táplálkozási mechanizmusának köszönhetően nagy víztérfogatot átszűrve az alumínium különböző formáit (oldott vagy a lebegő részecskék felületén adsorbeálodott formáit ill. hidroxi-csapadékait) képesek akkumulálni. Megfigyelhető, hogy a kagylók jelenlétében csökken a víz alumínium koncentrációja, de ez a csökkenés nagyságrendben túllépi a szövetben akkumulálódott mennyiséget. Először azt feltételeztük, hogy a különbséget a kagyló által kibocsátott nyák köti meg, elősegítve a kicsapódását. A jelen tanulmány során a szilíciumnak az alumínium biológiai hozzáférhetőségére gyakorolt hatását vizsgáltuk semleges pHn. Vándorkagylókat helyeztünk különböző Al koncentrációjú (100 ill. 500 ng/1) Balaton vízbe, és az akkumulációt mértük Si jelenlétében (Al: Si 1:15) és annak hiányában. A kísérlet 12 napig tartott és az alumíniumot 48 óránként pótoltuk (elméleti feltételezés szerint ez az időtartam elegendő az akváriumban levő 10 l-es víztérfogat 45 kagyló által történő átszürésére). A szilíciumot nem tartalmazó akváriumban 500 n g/l alumínium koncentrációnál az állatok 78 %-a elpusztult (50 %-os pusztulás a harmadik napon következett be), míg szilícium jelenlétében lényegesen nagyobb túlélést tapasztaltunk. 100 jig/1 jelenlétében csak a szilíciumot nem tartalmazó akváriumban pusztult cl néhány állat. A bioakkumulációs mérések a lágy szövetek alumínium koncentrációját tekintve nem mutattak szignifikáns különbséget szilícium jelenlétében, illetve hiányában. A kagylók által kibocsátott pseudofaeces mennyisége megnőtt szilícium jelenlétében, feltehetően a megnövekedett nyáktermelés miatt. Lehetségesnek tartjuk hogy a szilícium bizonyos védekezési mechanizmusokat erősít fel, csökkentve ezzel az alumínium toxicitását, amelyek következménye lehet a megnövekedett nyáktermelés is. Eredményeink arra engednek következtetni, hogy a monomenkus szilícium nem befolyásolja az Al beépülésének a mértékét, de a védekezési mechanizmus erősítésével annak toxicitását csökkenti. Rulcssz.:alumínium toxicitás, monomerikus szilícium, pseudofaeces, bioakumuláció. Bevezetés A víz össz-alumínium (T^) koncentrációját valamint a szövetben és Az alumínium hatását, az élő szervezetekre kifejtett káros hatását már a pszeudofaeces-ben felhalmozódott alumíniumot az Eriochrom-C módsokan kutatták. A kutatások fontos kérdése a beépülés mechanizmusai- szerrel, fotometriásan határoztuk meg (Golterman, HL. és mlsai., 1978) nak és az esetleges detoxikációs folyamatoknak a tisztázása, amelynek ismerete ma még hiányos. Az erre vonatkozó kutatások főként az alumíniumnak savas pH-jú vizekben kifejtett hatását vizsgálták, mivel oldatkémiája arTa enged következtetni, hogy fiziológiás pH-n csak minimális mennyiségű biológiailag hozzáférhető frakció van jelen, majdnem kizárólag Al(OH)

4 ion formájában, ami köztudottan hajlamos hidroxipolimerizációra, óriási makromolekulákat képezve és oldhatatlan csapadék formájában kiülepedve a víztömegből. Amikor azonban más ionok is jelen vannak, mint a természetes vizekben, az oldékonyság megváltozik és a környezeti tényezők hatásának (konduktivitás, hőmérséklet, szerves vegyületek, szilikátok és más komplexáló ligandumok jelenléte, stb.) függvénye lesz. Komplexáló ligandumok jelenléte nagymértékben befolyásolja az alumínium hidrolizációs fokát és ezzel együtt a biológiai hozzáférhetőséget. Az Al-Si affinitás jól ismert jelenség a természetben, hiszen majd mindenhol együtt fordulnak elő a kőzetekben és agyagásványokban, ahonnan a mállási folyamatok következtében mosódnak ki és kerülnek a felszíni vizekbe. Először a halak akut Al toxicitásán figyelték meg a Si kedvező hatását (Birchall, 1989). Bár az interakció nem teljesen ismert, a csökkent Al abszorpció a hidroxi-alumino-szillkátok keletkezésének köszönhető. Anyag és módszer A kisérletsorozatban, amit a tihanyi laboratóriumban végeztünk vándorkagylón (Dreissena polymorpha L ), azt vizsgáltuk, hogy hogyan befolyásolja a Si jelenléte a különböző Al koncentrációk biológiai hozzáférhetőségét. Az Al.Si <1:15 mólarányt úgy választottuk ki, hogy a szilícium koncentrációja a polimerizációs határérték alatt legyen, vagyis csakis monomer alakban legyen jelen a rendszerben semleges pH-n, mint Si(OH)., <-»Si(OH)

2

2' {Alexander, 1953). Két különböző, kömyez£ttanilag releváns Al koncentrációt vizsgáltunk: 100 (ig/l, ami gyakran előfordul Európa felszíni vizeiben, és 500 n g/l, ami a bányaszennyezett vidékeken fordul elő. A kezelés 12 napig tartott 45-45, előzőleg Petri csészéken akkomodálódott és újra megtapadt kagylóval 10 l-es akváriumokban Balaton vízben. A víz pH-ját koncentrált HNO3 hozzáadásával állandó semleges érteken tartottuk Öt akváriumban 100 ill. 500 ngAl/1 kezelési koncentrációt alkalmaztunk: 1) Al & Si; 2) Al & Si & 45 kagyló; 3) Al & 45 kagyló; 4) Al; 5) Si & 45 kagyló. Az Al koncentrációt 48 óránként újra beállítottuk, hogy ellensúlyozzuk a bioakkumuláció és kicsapódás általi veszteséget Azáltal hogy Petri csészéket használtunk az állatok tapadófelületeként, az általuk termelt pseudofaeces mennyiségét is mérni tudtuk egységes módszerrel. A vízmintákat 24 órás időközönként, a vízszinttől 5 cm-es mélységből vettük és HNOj hozzáadásával 1.7-2 pH-ra savaztuk. A szövetmintákat és a pszeudofaecest savas roncsolásnak vetettük alá az Elangovan (1997) által leirt, nedves módszerrel. A kezelést követően az állatokat 48 óráig kezeletlen Balaton vízben tartottuk annak érdekében, hogy a kopoltyú és a köpenyüregben, a nyák által megkötött alumínium kimosódjék, ezáltal csak a szövetben bioakkumulálódott mennyiséget vettük figyelembe. Eredmények és megbeszélésük Az alumíniumot tartalmazó akváriumok mindegyikében csökkent a T^, de a csökkenés mértéke változott az időtől, a hozzáadott Al koncentrációtól és a Si jelenlététől függően A naponta mért értékek az 1. ábrán láthatók Mivel az Al koncentrációt 48 óránként pótoltuk, a 2. ábrán az egyes periódusokban mért koncentráció csökkenési rátát ábrázoltuk, amin látható, hogy a regressziós egyenesek meredeksége között szignifikáns különbség van. Si jelenlétében nagyobb a csökkenési ráta mint annak hiányában, mind az állatokat tartalmazó akváriumban, mind pedig az állatok nélküliekben. Az állatok lágyszövetében való bioakkumulációt tekintve, amint azt a 3. ábra mutatja, nincs szignifikáns eltérés a szilícium jelenlétében ill. hiányában mért adatok között. Az elpusztult állatok száma azonban lényegesen magasabb volt szilícium hiányában (/. láblázat). Ez arra enged következtetni, hogy a Si nem annyira az Al felvétel mértékét befolyásolja, mint inkább a beépülés formáját, ami az aluminoszilikátok biokémiai inertségével lehet összefüggésben. A pseudofaeces alumínium koncentrációja nagyobb volt azokban az akváriumokban, melyekhez nem adagoltunk Si-ot (4. ábra). Ez annak tulajdonítható, hogy ezekben az akváriumokban kevesebb nyák termelődött, mint Si jelenlétében. Ez a kísérlet során a megfigyelések alatt nemcsak szemmel látható, de tömegméréssel is kimutatható volt (J. ábra). A nyáktermelés védekező mechanizmus a toxikus anyagok ellen azáltal, hogy a mukusz-poliszahand makromolekula kationokat képes megkötni, és így maktíválni és eltávolítani a szervezetből (Jugdaohsingh és mlsai., 1998). A semleges pH-n keletkező különböző hidrolizácós fokú aluminium ionok a kísérletünk során a vízhez adott Si-mal interakcióba lépnek, s különféle hidroxialurmnoszilikátokat hoznak létre, amelyek hosszabb ideig oldatban maradnak szubkolloidális formában, s gátolják az alumínium hidroxidok további képződését. Az aluminium hidroxidok és hidroxialuminoszilikátok között feltehetőleg kompetició alakul ki a nyák makromolekuláinak kötő helyeiért, magyarázatul szolgálva a kísérletünk során Si jelenlétében megfigyelt csökkent toxicitásra.