MORPHOPHYSIOLOGICAL ASPECTS OF STRESS DEVELOPMENT IN FISHES UNDER CLIMATE CHANGES AND INCREASING ANTHROPOGENIC LOAD ON WATER BASINS IN MIDDLE AND LOWER VOLGA REGIONS

А.К. Минеев

Abstract


Based on the results of ichthyopathological studies in the water basins of Middle and Lower Volga, a comparative analysis of the diseases of fish living in larger reservoirs and their tributaries under varying degrees of anthropogenic stress was performed. Data obtained in long-term studies (1995–2020) on diseases of native and alien fish species in areas of increased anthropogenic load (large cities of the Volga region and industrial and transport infrastructure facilities) and in watercourses where negative impact is minimal were compared. An attempt has been made to develop general standard criteria for assessing the development of stress reactions in Volga fishes under conditions of varying anthropogenic load and to develop a scheme of stress development summarizing the sequence of morphophysiological responses at different levels of negative impact. It has been established that the stages of stress development in mature fishes and their populations from reservoirs featuring different hydrological regimens and anthropogenic loads correspond to a standard sequence of stages: organism resistance → exhaustion → destruction or elimination. In juvenile fishes of a defined species at the early stages of embryonic and larval development, because of their high sensitivity to adverse external impacts, the stage of destruction occurs immediately after the short-term resistance stage, which may be combined with the similarly short-term exhaustion stage. At the same time, the resistance stage in fish larvae and fry is characterized by numerous and diverse morphological anomalies leading to the elimination of 99.9% of individuals at the destruction stage. The possibility of using morphophysiological indicators of stress development in fishes of different age groups for bioindication of the ecological conditions of the Volga reservoirs is proposed.

Keywords


anthropogenic load, stress development, bioindication.

References


Аршаница НМ. Материалы ихтиотоксикологических исследований в бассейне Ладожского озера. Влияние загрязнений на экосистему Ладожского озера. Л.: ГосНИОРХ; 1988.

Балабанова ЛВ, Микряков ВР. Сравнительная характеристика действия нафталина и фенола на показатели белой крови карася Carassius carassius (L.). Биология внутренних вод. 2002;(2):100-2.

Баюнова ЛВ, Баранникова ИА, Дюбин ВИ, Семенкова ТБ. Гормональные характеристики осетровых в условиях стресса. В кн.: Тезисы докладов Международной конференции «Осетровые на рубеже 21 века». КаспНИИРХ; 2000. С 122-3.

Бугаев ЛА, Рудницкая ОА, Сергеева СГ, Ниточка ОА, Засядько АС. Физиологическое состояние азовского судака. В кн.: Тезисы докладов международного семинара «Современные проблемы физиологии и экологии морских животных (рыбы, птицы, млекопитающие)». Ростов-на-Дону: Эверест; 2002. С. 18-21.

Васильев АС, Запруднова РА, Буйневич АВ. Мониторинг состояния популяций леща верхневолжских водохранилищ. В кн.: Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов». Ярославль: Ярославский гос. ун-т; 2004. С. 192-7.

Ведемейер ГА, Мейер ФП, Смит Л. Стресс и болезни рыб. М.: Легкая и пищевая промышленность; 1981.

Гуляева НВ. Ингибирование свободнорадикального окисления липидов в механизмах срочной и долговременной адаптации к стрессу. Биологические науки. 1989;(4):5-14.

Головина НА, Стрелков ЮА, Воронин ВН, Головин ПП, Евдокимова ЕБ, Юхименко ЛН. Ихтиопатология. М.: Мир; 2003.

Евгеньева ТП. Особенности гистофизиологии мышечной ткани рыб. В кн.: Материалы 2 Международной конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Физиология мышц и мышечной деятельности». М.: Изд-во МГУ; 2003. С. 10-1.

Евгеньева ТП. Гистофизиологические аспекты адаптаций мышечной ткани рыб к антропогенным воздействиям. В кн.: Материалы Международной конференции «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов». Петрозаводск: Изд-во КарНЦ; 2004. С. 44.

Журавлева ГФ. Морфофункциональные основы адаптивной модификации осетровых при эндоэкологическом токсикозе. Успехи современного естествознания. 2003;(3):68.

Захаров ВМ, Кларк ДМ. Биотест: Интегральная оценка здоровья водных экосистем и отдельных видов. М.: Московское отделение Международного фонда «Биотест»; 1993.

Зеличенко ЛИ, Порядин ГВ. Стресс и патология. Методическое пособие для самостоятельной работы студентов лечебного и педиатрического факультетов. М.: Российский государственный медицинский университет; 2009.

Земков ГВ, Журавлева ГФ. Кинетика патологических изменений при кумулятивном токсикозе в организме как критерий сопротивляемости популяции рыб. Успехи современного естествознания. 2004а;(1):41-7.

Земков ГВ, Журавлева ГФ. Теоретические аспекты эпигенного наследования в процессе регенерации в печени каспийских осетровых. Фундаментальные исследования.2004;(3):32-4.

Каниева НА. Метаболические изменения в организме карпов под влиянием нефти. Вкн.: Материалы 2 Международной научно-практической конференции «Человек и животные». Астрахань: Астраханский гос. технич. ун-т; 2004. С. 77-9.

Каниева НА. Перикисное окисление липидов и гистологическая организация печени карпа под влиянием нефти. В кн.: Материалы 2 Международной научно-практической конференции «Человек и животные». Астрахань: Астраханский гос. технич. ун-т; 2004. с. 74-6.

КаниеваНА. Биохимические показатели адаптивных реакций в организме карпа под влиянием нефти. В кн.: Материалы 2 Международной заочной научной конференции «Проблема сохранения и рационального использования биоразнообразия Прикаспия и сопредельных регионов». Элиста: КГУ; 2004. С. 138-40.

Кирпичников ВС. Генетика и селекция рыб. Л.: Наука; 1987.

Курбанова ИК, Исуев АР, Габибов ММ. Влияние нефтяного загрязнения водной среды на некоторые показатели белкового обмена мальков кутума Rutilus frisii kutum (Cyprinidae). Вопросы ихтиологии. 2004;44(5):700-8.

Лепилина ИН,Романов АА. Гистоморфологические нарушения у волжской стерляди в современных экологических условиях. Экология. 2005;(2):157-60.

Ложичевская ТВ, Ружинская ЛП, ДорошеваНГ, Рудницкая ОА. Физиологическое состояние пиленгаса в Азовском море. В кн. Тезисы докладов. международного семинара «Современные проблемы физиологии и экологии морских животных (рыбы, птицы, млекопитающие)». Ростов-на-Дону: Эверест; 2002. С. 110-1.

Лукин АА, Лукина ЮН. Проблемы здоровья рыб во внутренних водоемах России. Труды ВНИРО. 2015;157:32-44.

Лугаськова НВ, Насыйров РА. Адаптивные особенности системы крови окуня и линя в условиях загрязнения и эвтрофикации водоемов. Сибирский экологический журнал.2001;8(6):735-9.

Мартемьянов ВИ. Стресс у рыб: защитные и повреждающие процессы. Биология внутренних вод. 2002;(4):3-13.

МинеевАК. Современное морфофизиологическое состояние массовых видов рыб в экологических условиях водоемов и водотоков бассейна Средней и Нижней Волги. Автореф дисс. Тольятти: ООО «Полиар»; 2017.

Минеев АК. Морфологические нарушения у рыб Средней и Нижней Волги. Тольятти: Анна;2020.

Михайлова ЛП. Основные результаты исследования состояния клеток крови Salmo trutta L.P. на фоне токсических воздействий. Южно-Российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. 2004;(1):90-2.

Моисеенко ТИ.Теоретические основы нормирования антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН; 1997.

Моисеенко ТИ. Стратегия адаптивных ответов организмов и популяций рыб на антропогенный стресс. В кн.: Материалы Международной конференции и выездной научной секции Отделения общей биологии РАН «Биологические основы изучения, освоения и охраны животного и растительного мира, почвенного покрова Восточной Фенноскандии». Петрозаводск: Апатиты; 1999. С. 143.

Моисеенко ТИ. Методология оценки качества вод с позиций экологической парадигмы. Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2009;(1):23-35.

Моисеенко ТИ, Гашев СН, Селюков АГ, Жигилева ОН, Алёшина ОА. Биологическиеметоды оценки качества вод: Часть 1. Биоиндикация. Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2010;(7):20-40.

Решетников ЮС. Метод экспертной оценки состояния особи и популяции сиговых рыб. В кн.: Биология и биотехника разведения сиговых рыб. СПб.: ГосНИОРХ; 1994. С. 115-8.

Селье Г. Стресс без дистресса. М.: Прогресс; 1979.

Терентьев ПМ, Кашулин НА. Адаптация рыб водоемов Кольского полуострова в условиях длительного аэротехногенного воздействия. В кн.: Материалы Международной конференции «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов». Петрозаводск: КНЦ; 2004. С. 134-5.

Шарова ЮН, Лукин АА. Патологии рыб, развивающиеся в условиях техногенного воздействия и стереотипность ответных реакций. В кн.: Материалы Международной конференции «Экологические проблемы северных регионов и пути их решения», Ч. 1». Апатиты: КНЦ РАН; 2004. С. 87-9.

Arshanitsa NM. Materialy Ikhtiotoksikologicheskikh Issledovaniy v Basseyne Ladozhskogo Ozera. Vliyaniye Zagriazneniy na Ekosistemy Ladozhskogo Ozera. Materials of Ichthyotoxicological Studies in the Lake Ladoga Basin. The Impact of Pollution on the Ecosystem of Lake Ladoga. Leningrad: GosNIORKh; 1988. (In Russ.)

Balabanova LV, Mikryakov VR. Comparative characteristics of the effects of naphthalene and phenol on the indices of white blood of crucian Carassius carassius (L.). Biologiya Vnutrennikh Vod. 2002;(2):100-2. (In Russ.)

Bayunova LV, Barannikova IA, Dyubin VI, Semenkova TB. Hormonal characteristics of sturgeon under stress. In: Tezisy Dokladov Mezhdunarodnoy Konferentsyi «Osetrovye na Rubezhe 21 veka». Astrakhan: KaspNIIRKh; 2000. P. 122-3. (In Russ.)

Bugayev LA, Rudnitskaya OA, Sergeyeva SG, Nitochka ОА, Zasiadko АS. Physiological state of the Azov walleye. In: Tezisy Dokladov Mezhdunarodnogo Seminara «Sovremennye Problemy Fiziologii i Ekologii Morskikh Zhivotnykh (Ryby, Ptitsy, Mlekopitayushchiye)». Rostov-on-Don: Everest; 2002. P. 18-21. (In Russ.)

Vasilyev АS, Zaprudnova RА, Buynevich АB. Monitoring of bream populations in Upper Volga Reservoirs. In: Materialy Vserossiyskoy Nauchno-Prakticheskoy Konferentsyi «Ekologicheskiye Problemy Unikalnykh Prirodnykh i Antropogennykh Landshavtov». Yaroslavl: Yaroslavskiy Gosudarstvennyy Universitet; 2004. P. 192-7. (In Russ.)

Vedemeyer GА, Meyer FP, Smit L. Stress i Bolezni Ryb. Moscow: Liogkaya i Pischevaya Promychlennost; 1981. (In Russ.)

Gulyaeva NV. Inhibition of free radical lipid oxidation in mechanisms of urgent and longterm adaptation to stress. Biologicheskiye Nauki. 1989;(4):5-14. (In Russ.)

Golovina NА, Strelkov YuА, Voronin VN, Golovin PP, Yevdokimova EB, Yukhhimenko LN. Ikhtiopatologiya. Ichthyopathology. Moscow: Mir; 2003. (In Russ.)

Yevgenyeva TP. Features of histophysiology of fish muscle tissue. In: Materialy 2 Mezhdunarodnoy Konferentsii po Fiziologii Myshts i Myshechoy Deyatelnosti «Fiziologiya Myshts i Myshechoy Deyatelnosti». Moscow: Izdatelstvo MGU; 2003. P. 10-1. (In Russ.)

Yevgenyeva TP. Histophysiological aspects of adaptations of fish muscle tissue to anthropogenic influences. Materialy Mezhdunarodnoy Konferentsii «Sovremennye Problemy Fiziologii i Biokhimii Vodnykh Jrganizmov». Petrozavodsk: Izdatelstvo KarNTs 2004. P. 176. (In Russ.)

Zhuravliova GF. Morphofunctional basis of adaptive modification of sturgeon in endoecological toxicosis. Uspekhi Sovremennogo Yestestvoznaniya. 2003;(3):68.

Zakharov VM, Klark DM. Biotest: Integrated assessment of the health of aquatic ecosystems and individual species. Moscow: Moskovskoye Otdeleniye Mezhdunarodnogo Fonda «Biotest»; 1993. (In Russ.)

Zelichenko LI, Poriadin GV. Stress i Patologiya. Metodicheskoye Posobiye dlia Samostoyatelnoy Raboty Studentov Lechebnogo i Pediatruchesko. Stress and pathology. Methodological Manual for Unsupervised Works of Students of Medical and Pediatric Faculties. Moscow: Rossiyskiy Gosudarstvennyi Meditsynskiy Universitet; 2009. (In Russ.)

Zemkov GV, Zhuravleva GF. Kinetics of pathological changes in the organism under cumulative toxicosis as a criterion of fish population resistance. Uspekhi Sovremennogo Yestestvoznaniya. 2004;(1):41-7. (In Russ.)

Zemkov GV, Zhuravleva GF. Theoretical aspects of epigenetic inheritance during liver regeneration in Caspian sturgeons. Fundamentalnye Issledovaniya. 2004;(3):32-4. (In Russ.)

Kanieva NА. Metabolic changes in the body of carp under the influence of oil. Materialy 2 Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsyi «Chelovek i zhivotnye»; 2004 May 13-14; Astrakhan: Astrakhanskiy Gosudarstvennyy Tekhnicheskiy Universitet; 2004а. p. 77-9. (In Russ.)

Kaniyeva NА. Lipid peroxidation and histological organization of carp liver under the influence of oil. In: Materialy 2 Mezhdunarodnoy Nauchno-Prakticheskoy Konferentsyi «Chelovek i Zhivotnye». Astrakhan: Astrakhanskiy Gosudarstvennyi Tekhnicheskiy Universitet; 2004. P. 74-6. (In Russ.)

Kaniyeva NА. Biochemical parameters of adaptive reactions in the body of carp under the influence of oil. In: Materialy 2 Mezhdunarodnoy Zaochnoy Nauchnoy Konferentsyi «Problema Sokhraneniya i Ratsyonalnogo Ispolzovaniya Bioraznoobraziya Pricaspiya i Sopredelnych Regionov». Elista: KGU 2004. P. 138-40. (In Russ.)

Kirpichnikov VS. Genetika i Selektsiya Ryb. Genetics and Breeding of Fishes. Leningrad:Nauka; 1987. (In Russ.)

Kurbanova IK, Isuyev AR, Gabibov ММ. Effects of oil contamination of water environment on some characteristics of protein metabolism in Kutum Rutilus frisii kutum fry (Cyprinidae). Voprosy Ikhhtiologii. 2004;44(5):700-8. (In Russ.)

Lepilina IN, Romanov АА. Histomorphological abnormalities in sterlet from Volga river un der present-day ecological conditions. Ekologiya. 2005;(2):157-60. (In Russ.)

Lozhichevskaya TV, Ruzhinskaya LP, Dorosheva NG, Rudnitskaya ОА. Physiological state of soiuy mullet in Azov Sea. In: Tezisy Dokladov Mezhdunarodnogo Seminara «Sovremennye Problemy Fiziologii i Ekologii Morskikh Zhivotnykh (Ryby, Ptitsy, Mlekopitayushchie)». Rostov-on-Don: Everest; 2002. P. 110-1. (In Russ.)

Lukin АА, Lukina YuN. Health status of fish in inland waters of Russia. Trudy VNIRO. 2015;157:32-44. (In Russ.)

Lugaskova NV, Nasyyrov RA. Adaptive features of blood in perch and tench under pollution and eutrophication. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal. 2001;8(6):735-9. (In Russ.)

Martemyanov VI. Stress in fish: Processes of adaptation and damage. Biologiya Vnutrennikh Vod. 2002;(4):3-13. (In Russ.)

Mineyev АК. Sovremennoye Morfofiziologicheskoye Sostoyaniye Massovykh Vidov Ryb v Ekologicheskikh Usloviyakh Vofoyomov i Vodotokov Sredney i Nizhney Volgi. The Current Morphophysiological State of Mass Fish Species in the Ecological Conditions of Reservoirs and Watercourses of the Middle and Lower Volga Basin. PhD Theses. Tolyatti: ООО «Poliar»; 2017. (In Russ.)

Mineyev АК. Morphological disorders in fish of the Middle and Lower Volga. Tolyatti: Anna; 2020. (In Russ.)

Mikhaylova LP. The main results of the study of the state of blood cells in Salmo trutta L.P. under toxicity effects. Yuzhno-Rossiyskiy Vestnik Geologii, Geografii i Globalnoy Energii. 2004;(1):90-2. (In Russ.)

Moiseyenko TI. Theoretical foundations of the normalization of anthropogenic loads on Subarctic reservoirs. Apatity: Izdatelstvo KNTs RAN; 1997. (In Russ.)

Moiseyenko TI. Strategy of adaptive responses of organisms and fish populations to anthropogenic stress. In: Materialy Mezhdunarodnoy Konferentsyi i Vyezdnoy Nauchnoy Sektsyi Otdeleniya Obshchey Biologii RAN «Biologicheskiye Osnovy Izucheniya, Osvoyeniya i Okhrany Zhivotnogo i Rastitelnogo Mira, Pochvennogo Pokrova Vostochnoy Fennoskandii». Apatity; 1999. P. 282. (In Russ.)

Moiseyenko TI. Methodology of water quality evaluation from ecological paradigm standpoint. Izvestiya Rossiyskoy Akademii Nauk Seriya Geograficheskaya. 2009;(1):23-35. (In Russ.)

Moiseyenko TI, Gashev SN, Seliykov AG, Zhigileva ON, Alioshin ОА. Biological methods of waters quality estimation: Part 1. Bioindication. Vestnik Tyumenskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Ekologiya i Prirodopolzovaniye. 2010;(7):20-40. (In Russ.)

Reshetnikov YuS. A method of expert assessment of the coditions of whitefish individuals and populations. In: Biology and Biotechnics of Whitefish Breeding. Saint-Petersburg: GosNIORKh; 1994. P. 115-8. (In Russ.)

Selye G. Stress bez Distressa. Moscow: Progress; 1979. (In Russ.)

Terentyev PM, Kachulin NA. Adaptation of fish reservoirs of the Kola Peninsula in conditions of prolonged aerotechnogenic impact. In: Materialy Mezhdunarodnoy Konferentsyi «Sovremennye Problemy Fiziologii i Biokhimii Vodnykh Organizmov». Petrozavodsk: KNTs;2004. P. 134-5. (In Russ.)

Sharova YuN, Lukin АА. Fish pathologies developing under technogenic impact and stereotypical responses. In: Materialy Mezhdunarodnoy Konferentsyi «Ekologicheskiye Problemy Severnykh Regionov i Puti ikh Resheniya». Apatity: KNTs RAN; 2004. P. 87-9. (In Russ.)

Albrecht M-L. Die Bedeulung von stress-folgen fur den fisehorganismus. Z. Binnenfischerei DDR. 1977;(8):247-50.

Avci A, Kaamaz M, Durak I. Peroxidation in muscle and liver tissues from fish in a contaminated river due to a petroleum refinery industry. Ecotoxicol Environ Saf. 2005;460:101-5.

Diniz MS, Pereira R, Freitas AC. Evaluation of the sub-lethal toxicity of bleached kraft pulp mill effluent to Carassius auratus and Dicentrarchus labrax. Water Air Soil Pollut. 2011;217:35-45.

Ellis AE. Stress and the modulation of defense mechanisms in fish. In: Pickering AD, ed. Stress and Fish. Academic press; 1981. P. 147-69.

Maseaud MM, Maseaud EM, Donaldson F. Stress resulting fromhandling infish primary and secondary effect. Trans Amer Fish Soc. 1977;106:201-12.

Peters G. Zur interpretation des Begriffes «Stress» beim Fisch. Du und Tier. 1978;(8):19-20.

Selye H. Stress and the general adaptation syndrome. Brit Med J. 1950;(1):1383-92.

Simonato JD, Guedes CLB, Martinez CDR. Biochemical, physiological, and histological changes in the neotropical fish Prochilodus lineatus exposed to diesel oil. Ecotoxicol Environ Saf. 2008;69:112-20.

Strange RA, Schreck CB, Golden JT. Corticoid stress response to handling and temperature in salmonides. Trans Amer Fish Soc. 1977;106:213-8.

Wazzana M, Cammarata M, Cooper EL, Parrinello N. Confinement stress in sea bass (Dicentrarchus labrax) depresses peritoneal leukocyte cytotoxicity. Aquaculture. 2002;210(1-4):231-43.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v15i2.811

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"