Исследования, проведенные в лаборатории физических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН, впервые доказали отсутствие влияния двух самых обсуждаемых антропогенных факторов (нефтяного загрязнения и разлива ракетного топлива), которые могли быть причиной массовой гибели морских животных в Авачинской бухте.
Фото: Анна Стрельченко/ТАСС
Фото: Анна Стрельченко/ТАСС
Для исследования были взяты образцы тканей погибших бентосных организмов — морских ежей, крабов и раков-отшельников. Они были подняты со дна Авачинской бухты командой экспедиции, организованной каналом Life TV.
Исследование с применением хромато-масс-спектрометрии показало, что обнаруженные в морских ежах следы нефтяного загрязнения уже метаболизированы морскими организмами и, следовательно, попали в них намного раньше августа 2020 года.
Это не нефть
Проводя исследования на наличие нефтяного загрязнения, обычно обращают внимание на общее содержание углеводородов, наличие n-алканов (c С7 по C40), присутствие таких биомаркеров, как терпаны, гопаны и стераны. Хроматограмма пробы, содержащей следы нефтяного происхождения, должна иметь специфическую форму колокола по n-алканам. Полученное в ходе исследования распределение n-алканов имеет другой вид. Во всех образцах были найдены алканы C15 и C17, однако эти компоненты обычно имеют естественное происхождение, часто встречаются в морском фитопланктоне и попали в донные организмы не антропогенным путем.
Попав в живой организм, компоненты нефти метаболизируются в следующем порядке: n-алканы, разветвленные алканы, ароматические углеводороды с низкой молекулярной массой, ароматические углеводороды с высокой молекулярной массой, циклические алканы. Короткоцепочечные алканы метаболизируются быстрее длинноцепочечных. Гопаны, терпаны и стераны сохраняются в тканях длительное время без изменений, причем гопаны являются наиболее стойким нефтяным маркером и сохраняются в тканях животных дольше всего.
Масс-спектр экстракта из тканей морского ежа содержит пик, характерный для гопанов, но остальные маркеры нефти на масс-спектре отсутствуют.
Следовательно, морские ежи уже давно были отравлены нефтью, причем это отравление носило скорее хронический, чем катастрофический характер. В биологическом материале крабов и раков-отшельников почти полностью отсутствуют антропогенные углеводороды. Такое отличие между образцом морского ежа и образцами ракообразных может быть обусловлено их разным образом жизни и трофическими цепями.
Еще один маркер нефтяного загрязнения — присутствие в тканях живых организмов тяжелых металлов (Cd, Pb, Ni, Cr, V, Zn).
Было измерено содержание металлов (от лития до урана) в тканях морских ежей и ракообразных. Содержание металлов, кроме алюминия, в гонадах морских ежей не превышает уровня, характерного для других районов. Концентрация кадмия в тканях рака-отшельника находится на верхней границе допустимой нормы. Таким образом, тест на присутствие тяжелых металлов тоже не свидетельствует о недавнем нефтяном отравлении.
Это не ракетное топливо
Второй возможной антропогенной причиной считают утечку ракетного топлива с Радыгинского полигона. В ходе исследования в тканях донных морских организмов не было обнаружено ни самого несимметричного диметилгидразина (одного из основных компонентов ракетного топлива, высокотоксичного, канцерогенного вещества), ни продуктов его окислительной трансформации. На сегодняшний день не проводилось масштабного изучения метаболизма несимметричного диметилгидразина в морских организмах, однако работы, показывающие накопление этого вещества в тканях млекопитающих, свидетельствуют о том, что при попадании в живой организм этот компонент в течение долгого времени обнаруживается в тканях. Методами масс-спектрометрии несимметричный диметилгидразин, а также продукты его окислительной трансформации в тканях морских ежей и ракообразных не обнаруживаются.
Самая вероятная причина — биогенная
После того как удалось полностью исключить две антропогенные причины гибели морских животных в Авачинской бухте, наиболее вероятной представляется третья биогенная причина — так называемые красные приливы, отравление акватории из-за быстрого размножения водорослей, вырабатывающих токсин.
В дальнейшем данные о содержании n-алкалинов и тяжелых металлов в тканях бентосных морских обитателей могут быть использованы при изучении восстановления биосферы Авачинской бухты и для создания экспресс-тестов для анализа загрязнений.
Хромато-масс-спектрометрия — это один из наиболее чувствительных и информативных методов определения веществ в смесях, в том числе и экотоксикантов в тканях живых существ и образцах окружающей среды (вода, почва, воздух, осадки). Этот метод анализа применяется как для мониторинга загрязнений окружающей среды с целью предотвращения техногенных катастроф, так и для выявления их причины и определения путей устранения последствий. Хромато-масс-спектрометрия является также важным инструментом при принятии административных решений, влияющих на население и всю экосистему.
По материалам статьи: Khesina Zoya B., Karnaeva Anastasia E., Pytskii Ivan S., Buryak Alexey K. The mysterious mass death of marine organisms on the Kamchatka Peninsula: A consequence of a technogenic impact on the environment or a natural phenomenon? Журнал Marine Pollution Bulletin, февраль 2021 г.