Анализ паттернов движения створок моллюсков
в системе биосигнализации SYMBIO
как способ индикации стрессового ответа
на поступление токсичных веществ в воду

Двустворчатые моллюски широко используются для биомониторинга качества природных вод, было показано, что активность движения створок моллюсков и может служить показателем наличия в воде токсикантов. SYMBIO – система биосигнализации, созданная для выявления опасных ситуаций в водоснабжении. За основу системы биосигнализации SYMBIO взят поведенческий акт закрытия створок раковин, обеспечивающий моллюскам защиту от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Однако полное смыкание створок достигается с запозданием. Это может повлечь за собой задержку принятия мер безопасности на станциях водоподготовки.

Основной задачей исследования стало выявление характеристик двигательной активности моллюска, отражающих изменение характера в состоянии стресса. Для этого необходимо проанализировать графические паттерны движения моллюсков, фиксируемые установкой SYMBIO, и выразить их особенности. Планируется разработать программное обеспечение, совместимое с установкой SYMBIO, позволяющее в реальном времени фиксировать малейшие изменения двигательной активности моллюсков.

Была разработана методика обработки паттерна движения створок. Обработка проводилась путем фиксации заданных переменных в 5-минут­ные отрезки времени. Фиксировались следующие параметры: максимальная и минимальная степень открытия створок и (%), количество движений створок за 5-минутный интервал, время минимального и максимального открытия створок. Исходя из этих параметров вычисляли: амплитуду движения створок , среднюю степень открытия створок за 5-минутный интервал , соотношение времени минимального и максимального открытия створок . С помощью программ Power Graph и Past вычисляли st. deviation (мера разброса значений), slope (угол наклона линейного тренда)а так же периодичность колебания створок.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Для апробации метода были проанализированы паттерны смыкания створок моллюсков вне стрессовых условий и паттерны при воздействии токсичного вещества (ZnSO4·7H2O) в возрастающей концентрации.

Вне-стрессовый паттерн характеризуется стабильностью всех исследуемых показателей на протяжении всего исследованного периода. Моллюск проявляет нормальную двигательную активность: происходит фильтрация воды и равномерные колебания створок с амплитудой около 40%. Вне стрессовых условий угол наклона линейного тренда приближается к 0 %/с, так как отсутствует значительное изменение средней степени раскрытия створок. Мера разброса значений составила в среднем – 4,8%. Прослеживаются колебания периодичностью 8–19 мин.

При воздействии токсиканта (ZnSO4·7H2O) в концентрации 16 мг/л моллюск проявляет стрессовую активность: увеличивается частота смыкания створок (до 7 смыканий за 5 мин), снижается степень раскрытия (до 10%). Моллюск, таким образом, старается избежать контакта с токсикантом. При стрессовом ответе средний угол наклона линейного тренда (slope) принимает значения порядка 10–15 %/с. При стрессе мера разброса значений составляет в среднем 13,3%. Периодичность колебаний нарушается.

Анализ паттернов движения створок моллюсков может способствовать повышению информативности в работе системы биосигнализации SYMBIO. Наиболее чувствительным параметром реакции на токсичное вещество является частота смыкания, средняя степень раскрытия створок и как следствие – угол наклона линейного тренда. При автоматизации анализа этих параметров можно добиться раннего оповещения о попадании токсичных веществ в воду.