15 октября 2016г.
В настоящее время описано около 200 видов пресноводных губок, из них наиболее многочисленными являются бадяги. Пропуская через тело огромное количество воды‚ губки способствуют ее очистке от механического и органического загрязнения. Губки лишены избирательности и захватывают как питательные, так и непитательные вещества. От несъедобных частиц губка постепенно освобождается, выводя их через оскулюмы и осаждая с помощью слизи. Весьма существенную роль играют губки в процессах самоочищения пресных водоемов от гниющих органических остатков, бактерий (в том числе и патогенных) и планктонных организмов. Также губка извлекает из воды различные растворенные в ней вещества, в том числе содержащие кремний и кальций, потребляемые в значительном количестве для построения скелета. Очищая миллионы тонн воды, губки способствуют улучшению санитарного состояния и оздоровлению водной среды.
В Самарском архитектурно-строительном университете (факультет инженерных систем и природоохранного строительства) разрабатывался проект с использованием пресноводных губок в качестве биофильтраторов на завершающем этапе доочистки бытовых сточных вод, в связи с чем нам было предложено провести данное исследование.
В природных водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды, однако он протекает очень медленно. Биологический метод основан на использовании закономерностей биохимического и физиологического самоочищения пресных водоемов. Сооружениям биологической очистки отводится главенствующая роль в общем комплексе канализационной очистной станции. Биологический метод дает хорошие результаты при очистке коммунально-бытовых стоков. При этом сточные воды предварительно подвергают механической очистке, а в конце – хлорированию (для удаления болезнетворных бактерий) [4]. В качестве более безопасного метода доочистки воды на завершающем этапе предполагалось использование колоний разных пресноводных губок, являющихся весьма эффективными биофильтраторами.
Материалом для нашего исследования послужили образцы разных видов губок семейства Spongillidae, собранные нами в устье р. Самары в разные периоды вегетационного сезона в 2014-15 гг. Определение видовой принадлежности губок осуществлялось по общепринятой методике, описанной В.М. Колтуном и А.В. Ивановым [3,5]. Изготовленные микропрепараты исследовались под бинокулярным микроскопом МБС-9. Таким образом, нами были идентифицированы три вида губок: Ephydatia mülleri var. acuminatа, Spongilla lacustris L. и Spongilla fragilis Lecidy [5].
После извлечения из водоема губки были пересажены в аквариумы с речной водой объемом 15 л, с разными субстратами и аквариумными растениями (Vallicheria sp., Fontinalis sp.), в которых мы организовали циклическое течение с помощью эрлифта. Для подкормки губок 2-3 раза в неделю в воду добавляли культуру одноклеточных водорослей Chlorococcus sp. Наиболее простым способом размножения губок в лабораторных условиях является бесполое размножение геммулами [2]. Образцы, собранные нами в середине октября содержали в тканях большое количество зимующих почек. Для эффективного прорастания геммул губку необходимо временно заморозить. При создании оптимальных условий содержания, среди которых наиболее значимыми оказались температура (+15-19°С) и плавная циркуляция воды, нами наблюдалось быстрое прорастание геммул (в течение 2-3 дней). Для отслеживания динамики роста раз в неделю подсчитывали проросшие колонии и фотографировали. Молодые колонии хорошо заметны, т.к. имеют ярко-зеленый цвет и округлую форму диаметром 1-1,5 мм. По мере роста и появления новых оскулумов, колонии начинают вытягиваться, становятся овальными, а затем пальцевидными. После повторного препарирования оказалось, что все молодые колонии принадлежат к одному виду S. lacustris: геммулы этого вида оказались наиболее устойчивыми и неприхотливыми для получения лабораторной культуры. Колонии S. lacustris развивались на отмерших телах старых губок, другие предложенные субстраты не заселяли. Вероятно, заселение новых субстратов осуществляется только личинками паренхимулами, образующимися в процессе полового размножения, но смоделировать в эксперименте подходящие для этого условия нам не удалось.
По-видимому, губки не заселяют первыми какой-либо субстрат, а являются последующими колонизаторами (второго или третьего порядка). В естественной среде мы наблюдали обрастание разными видами губок бетонных сооружений, деревянных свай, металлических конструкций и тканевых канатов, но в искусственно созданных условиях эти субстраты игнорировались. Вероятно, лишь после пребывания в водоеме в течение нескольких сезонов и освоения их другими формами жизни, эти поверхности становятся привлекательными для личинок губок.
Рост колоний протекает медленно: через месяц средний размер колонии составлял 0,8-1 см2, через два – 1,5 см2. На развитие колонии бадяги влияют многие факторы. Свет не является необходимым условием для их существования, но прозрачность воды может оказаться лимитирующим фактором. О влиянии концентрации водородных ионов и кислотности воды на губок очень мало данных. В природных водоемах бадяги встречаются как в жестких и щелочных, так и в мягких и кислых водах, богатых гуминовыми веществами [5].
На основании проведенных исследований, мы можем утверждать, что культивирование бадяги в искусственно созданных водоемах не эффективно, а использование пресноводных губок в качестве биофильтраторов в системах доочистки сточных бытовых вод мало перспективно по ряду причин.
Процесс биологической очистки осуществляет сложное сообщество микроорганизмов (бактерий, простейших, многоклеточных) в условиях аэробиоза. Бытовые органические поллютанты являются для многих из них непосредственным источником питания. Усложнение биоценоза сопровождается последовательным включением в него всё более совершенных видов вплоть до хищников: зооглеи, нитчатые бактерии, мелкие жгутиконосцы, раковинные амёбы, инфузории, коловратки, черви, водные клещи [4] и, возможно, губки. Изымая из воды загрязнения, микроорганизмы очищают от них сточную воду, но одновременно они вносят в неё новые вещества – продукты обмена, выделяемые во внешнюю среду.
Одной из отличительных черт губок является наличие у них облигатных видоспецифичных эндосимбионтных бактерий, как фотосинтезирующих, так и неавтотрофных. Считается, что одна из важнейших функций симбиотических бактерий – их участие в физиологии губок через рециклинг нерастворимых протеинов и вовлечение в структурные перестройки соединительных тканей губок. Многие бактерии, собранные в губках, синтезируют антимикробные соединения, что свидетельствует об участии их в защитных механизмах губки [5]. Проводимые ранее опыты по изучению воздействия губок на бактерии, показали, что вытяжки из клеточного вещества губок препятствуют росту многих видов микроорганизмов и бактерий, проявляя свойства антибиотиков [1]. Другие исследования показали, что мелкие протисты погибают при приближении к губкам и увлекаются током воды в поры и каналы, где перевариваются и усваиваются как пища. Установлено, что без аэрации и частой смены воды губки очень быстро погибают в аквариумах, но их гибель может вызываться не недостатком кислорода, а отравлением воды выделениями самой губки, которые могут оказаться токсичными для разных организмов [2]. Это может ограничивать поддержание сложного сообщества микроорганизмов в системах биоочистки. В естественных водоемах эта проблема решается за счет небольшого ламинарного течения, при котором губки успевают профильтровывать достаточный объем окружающей воды, а выделяющиеся со слизью продукты метаболизма удаляться от колонии и осаждаться на дне. В искусственных системах подача воды и воздуха создает активное турбулентное течение, способствующее забиванию пор и мешающее очистке поверхности колонии губок.
Наконец, пресноводные губки активны лишь небольшую часть сезона: на зиму материнские колонии отмирают, а сохранившиеся внутри их тела геммулы для успешного прорастания должны подвергнуться временной заморозке. Создать такие сезонно- циклические условия в постоянной очистной системе невозможно.
Использование губок в качестве биофильтра может быть ограничено и другими аспектами. Большинство губок имеет очень резкий и неприятный запах, связанный с выделением в окружающую среду метаболитов и накоплением в отдельных клетках значительного количества продуктов обмена, которые сами по себе являются ядом. Таким образом, мы не можем рекомендовать пресноводных губок для использования в качестве фильтраторов на завершающей стадии биоочистки сточных вод.
Список литературы
1. Анакина Р.П. Губки – биологические индикаторы и оздоравливающие составляющие пресноводных экологических систем // Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера» http://biosphere21century.ru/articles/242 (дата обращения 25.09.2016).
2. Зыков В.П. Пресноводные губки, их содержание и размножение в аквариуме// Ихтиосфера http://www.ichthyo.ru/article/ (дата обращения 13.05.2015).
3. Иванов А.В. Эмбриональное развитие губок (Porifera) и положение их в системе животного мира // Журн. общ. биол. 1971. Т. 32. № 5. С. 557-572.
4. Методическое руководство по гидробиологическому и бактериологическому контролю процесса биологической очистки на сооружениях с аэротенками. ПНД ФСБ 14.1.77–96, Москва, 1996 г. С.15–17.
5. Резвой П.Д. Пресноводные губки (сем. Spongillidae и Lubomirskiidae) // Фауна СССР. Губки. М.-Л.: ИздательствоАНСССР, 1936, Т. 2. Вып. 2. — 125 с.
