Роль грамположительных кокковых бактерий в патологиях диких китообразных Чёрного моря

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1 Изучение и общая характеристика представителей отряда китообразных Чёрного моря. Физико-географическое описание и некоторые экологические особенности района исследования
1.2 Роль грамположительных кокковых бактерий в развитии патологий диких китообразных Чёрного моря
1.3 Возможности, технические проблемы и инновационные подходы к исследованию патологий диких китообразных, а также отбору проб на грамположительные кокковые бактерии
Глава 2. Практическое исследование
2.1 Материал и методы исследования
2.2 Результаты исследования и обсуждения
2.3 Экономическое обоснование результатов исследования
Заключение
Выводы и предложения
Список использованных источников
Приложение 1
Приложение 2

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Китообразные населяют все океаны нашей планеты, а также некоторые пресноводные озера и реки в Южной Америке, Северной Америке и Азии. Некоторые виды, такие как косатки (Orcinus orca), встречаются во всех океанах, а другие ограничены одним полушарием (к примеру, южный малый полосатик) или определенным океаном (например, тихоокеанский белобокий дельфин). Третьи имеют очень ограниченные диапазоны (к ним можно отнести калифорнийскую морскую свинью (Phocoena sinus), которая встречаются только в северной части Калифорнийского залива.
В последнее время отметаются неутешительные тенденции связанные с сокращением численности отдельных представителей отряда. Основной фактор смертности — промысел. Часть китов и дельфинов гибнет от косаток. Однако китообразным свойственны паразитарные заболевания, болезни кожи, например язвы, злокачественные прыщи и грибковые поражения, болезни скелета, костные опухоли — экзостозы, костные наросты — синостозы, периостозы, искривление челюстей, заболевание зубов (кариес, выпадение зубов), болезни мускулатуры, опухоли в разных частях тела, абсцессы легких, гнойная пневмония, цирроз печени, язвы желудка, камни в мочеточниках, инфекционные заболевания — рожа или эризипелоид, сальмонеллез и др.
Нагрузка на природу сейчас слишком сильна и может привести к вымиранию представителей отряда китообразных Чёрного моря. Причины — рыболовство, загрязнение акватории, особенно сильно вредят выбросы бытовой химии.
В связи с этим целью исследования явилось определение роли возможной патогенной грамположительной микрофлоры в развитии патологий диких китообразных Чёрного моря.
Для реализации поставленной цели необходимо выполнение следующих задач:
— представить общую характеристику представителей отряда китообразных Чёрного моря, а так же физико-географическое описание и некоторые экологические особенности района исследования;
— определить роль грамположительных кокковых бактерий в развитии патологий диких китообразных Чёрного моря;
— изучить возможности, технические проблемы и инновационные подходы к исследованию патологий диких китообразных, а также отбору проб на грамположительные кокковые бактерии;
— в рамках реализации собственного прикладного исследования обосновать значение грамположительных кокковых бактерий в патологиях диких китообразных Чёрного моря
Объектом исследования выступили патологии диких китообразных Чёрного моря.
Предмет исследования составили особенности и алгоритмы реализации токсикологических исследований на предмет возможной патогенной грамположительной микрофлоры.
В ходе исследований были использованы методы научного поиска, анализ, сравнение, обобщение, береговые исследования, методы лабораторных исследований и научной статистики. В работе использован комплексный подход к изучению патологий диких китообразных, современное диагностическое оборудование, учтены основные факторы, влияющие на развитие патологий, проведены методы статистической обработки результатов.
Объем и структура. Текст выпускной квалификационной работы изложен на ХХХ страницах компьютерного текста (без приложения) и состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований (результаты исследований и их обсуждение), научных выводов, списка литературы, включающего ХХХ источников (ХХ отечественных и ХХ зарубежных изданий) и приложений. Работа иллюстрирована ХХ таблицами и ХХ рисунками.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Изучение и общая характеристика представителей отряда китообразных Чёрного моря. Физико-географическое описание и некоторые экологические особенности района исследования

Отряд китообразные (Cetacea) одни из наиболее специализированных млекопитающих, вся жизнь которых — не только питание, но и размножение — проходит в воде.
Отряд Китообразные включает:
— два ныне живущих подотряда — усатые киты (Mysticeti) и зубатые киты (Odontoceti)
— один вымерший подотряд — древние киты (Archaeoceti).
Считается, что усатые и зубатые киты являются потомками вымерших древних китов. Насчитывается по крайней мере 83 живых вида китообразных, состоящих в 46 родах и 14 семействах. Из двух сохранившихся подотрядов, зубатые киты больше и разнообразнее, и содержат по меньшей мере, 70 видов, 40 родов и 10 семейств.
Китообразные эволюционировали от наземных животных до полностью водной формы жизни – и сейас это крупные животные размером от 20 до 180 000 килограммов и от 1,2 до 30 метров.
Китообразные имеют белый, черный, серый, голубовато-серый или розовый окрас, и многие из них пятнистые, крапчатые, полосатые или узорчатые.
Кожный покров очень упругий. Эпидермис сверху полностью не ороговевает, а снизу имеет ячеистую структуру, в которую входят (по одному в каждую ячейку) высокие зубо- или пальцевидные сосочки дермы (Соколов, 1955).
Ниже сосочков дермы расположена густая вязь коллагеновых и эластиновых волокон, пространство между которыми заполнено жидким жиром (жировой пласт). Такое строение кожных покровов не только защищает организм от теплопотерь и повышает силу сцепления эпидермиса с дермой, но и действует как превосходный демпфер, который глушит силы трения при быстром поступательном движении животных.
Возникающие вокруг плывущего китообразного беспорядочные (турбулентные) потоки благодаря особенностям его кожи переводятся в наиболее выгодные для пловцов ламинарные потоки, при которых резко снижаются силы трения. Вихревые потоки могут сбиваться также волновыми активными движениями самой кожи вокруг тела. Вследствие всех этих особенностей кожи, формы тела и сильной мускулатуры китообразные способны развивать огромную скорость. Усатые киты могут развивать скорость плавания до 26 км/час, а зубатые киты – более 30 км/час.
Кожа также защищает их тело от повреждений и в случае ранений спазматически стягивает раны. Волосяной покров редуцирован, кроме одиночных щетинок на голове.
Одна (у зубатых китов) или две (у усатых китов) ноздри открываются наверху головы. Надчерепная часть носового канала замыкается системой мышц и не пропускает воду в дыхательные пути.
Носовой канал большинства китообразных связан с особыми мешками и играет важную роль звукосигнального органа. Специфическое устройство гортани помогает изоляции дыхательного и пищеводного путей, что необходимо для безопасного дыхания при наличии воды в ротовой полости.
Легкие вытянутой формы, крупные, крайне эластичные и упругие, расположены дорсально, что придает телу кита в воде более устойчивое положение. В легких сильно развиты мускулатура альвеолярных мешков и хрящевые кольца в дыхательных путях (не только в крупных бронхах, но у зубатых китов — даже в бронхиолях).
Китообразные вдыхают перед погружением; они остаются под водой от нескольких секунд до более часа. Китообразные используют около 12% кислорода, который они вдыхают, по сравнению с 4% используемыми наземными млекопитающими. Они также имеют, по крайней мере, в два раза больше эритроцитов и молекул миоглобина в крови, для эффективного поглощения и транспортировки кислорода. Когда китообразные ныряют, их сердечные ритмы замедляются на 80 ударов в минуту, поэтому их тела потребляют меньше кислорода.
Плоскость диафрагмы относительно оси тела наклонена назад вверх. Слюнные железы рудиментарны или отсутствуют.
Желудок многокамерный, обычно из одного мускульного и двух-трех железистых отделов, но у клюворылых китов общее число камер достигает 14. Желчного пузыря нет. Сфинктеры отверстий — мочеполового (у самок) и анального — препятствуют проникновению воды в кишечник и родовые пути.
Почки расположены позади печени и состоят из множества мелких плотно соединенных долек, покрытых общей тонкой оболочкой. Количество долек в одной почке варьирует от 145—459 у дельфинов до 5377—6372 у усатых китов (Kamiya, 1958).
Копулятивный орган самцов обычно конусовидный, без os penis, расположен в особой сумке. Овально вытянутые семенники лежат в полости тела, позади почек. Самки внешне отличаются от самцов короткой промежностью и наличием пары сосков по бокам мочеполовой щели. Матка двурогая. Плацента диффузная.
Большинство видов китообразных имеют только один сезон размножения в год. У самки рождается один детеныш каждые один-шесть лет после 10-17-месячного периода гестации. Потомство обычно появляется в теплое время года. Китообразные рождаются с хвостом и должны уметь плавать с момента рождения. Самки вскармливают потомство своим молоком на протяжении 6-24 месяцев. Половая зрелость наступает не ранее двух лет, однако усатые киты становятся половозрелыми, как минимум в 10 лет. Даже по достижению половой зрелости китообразным, возможно, придется ждать несколько лет, прежде чем они будут способны спариваться.
Из-за трудностей, связанных с отслеживанием и изучением китообразных, сложно оценить их продолжительность жизни.
Имеющиеся оценки предполагают, что большинство видов живут как минимум два десятилетия, а некоторые намного дольше. Финвалы (Balaenoptera physalus) могут достигать возраста 116 лет. Гренландские киты (Balaena mysticetus) способны жить до 211 лет.
К китообразным Черного моря относят таких представителей отряда, как: Дельфин-белобочка, Афалина и Морская свинья, таксономическое положение данных видов представлены в таблице 1 [Чёрное море. Флора и фауна. Эндемичные виды. Экологические проблемы].

Таксономическое положение представителей отряда китообразных Чёрного моря

Представители отряда китообразных Чёрного моря имеют отличительные черты и особенности по внешнему виду, физиологическим особенностям, численности, природоохранному статусу, ареалам обитания, что требует более детального изучения.

Особенности внешнего вида представителей отряда китообразных Чёрного моря представлены на рисунке 1. Как видно из представленных на рисунке данных, отличительными особенностями данных видов выступает окраска, строение плавников, рострума, а так же размеры и вес животных. Самым крупным представителем является Delphinusdelphis Linnaeus, а наименее Phocoena phocoena Linneus.

Рис. 1 – Особенности внешнего вида представителей отряда китообразных Чёрного моря

Охарактеризуем природоохранный статус представителей отряда китообразных Чёрного моря, выделив в качестве оценочных критериев численностей представителей отряда. (табл. 2).

Природоохранный статус представителей отряда китообразных Чёрного моря

Согласно представленных данных в уязвимом положении находится Дельфин-белобочка (VU), а для такие представители, как Афалина и Морская свинья, согласно МСОП по IUSN 2012 находятся в опасности (EN).
В июле 2019 года сотрудниками Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН и «Роснефти» на вертолете Ми-8 при помощи комбинации визуальных наблюдений и фото-регистрации был проведен авиаучет китообразных в прибрежной зоне на протяжении 820 км. Размещенная в люке платформа «Нерпа» с камерой высокого разрешения производила потоковую съемку с частотой 1 кадр в 4 секунды, с помощью которой были обнаружены 368 животных. Чаще всего встречались белобочки, реже – афалины, которые согласно Красной книге РФ отнесены к категории 3 – редкие – таксоны и популяции, которые имеют малую численность и/или распространены на ограниченной территории (акватории) или спорадически распространены на значительных территориях (акваториях). Встречи азовок были единичны, что соответствует категории 4 – неопределенные по статусу — таксоны и популяции, которые требуют специальных мер охраны, но по которым нет достаточных сведений в настоящее время, либо они не в полной мере соответствуют критериям всех остальных категорий [Черноморские дельфины].
Приложения СИТЕС: II – включает все виды, которые в данное время хотя и не обязательно находятся под угрозой исчезновения, но могут оказаться под такой угрозой, если торговля образцами таких видов не будет строго регулироваться в целях недопущения такого использования, которое несовместимо с их выживанием; а также другие виды, которые должны подлежать регулированию для того, чтобы над торговлей образцами некоторых видов из первого списка мог быть установлен эффективный контроль.
Рассмотрим характерные особенности представителей отряда китообразных Чёрного моря.
Дельфин-белобочка – обитает в открытом море, реже встречается в прибрежных зонах. Пелагический вид, избегающий прибрежных районов с опресненными и мутными водами (Гептнер и др. 1976).
Обитает над континентальным шельфом и склоном обычно в районах с глубинами до 200-400 м (Selzer and Payne 1988, Cañadas et al. 2002, Михалев 2008).
Основным фактором, определяющим распределение дельфина-белобочки, является доступность пищи. В Черном море дельфин-белобочка занимает всю акваторию, обитая как в прибрежной зоне, так и вдали от берега, следуя за сезонным перемещением рыбы (Клейненберг 1956, Гептнер и др. 1976). Ареал Delphinusdelphis Linnaeus представлен на рисунке 2.

Рис. 2 – Ареал дельфина-белобочки (по: Hammond et al. 2008; © IUCN Red List)
Крупные косяки наблюдаются на границе шельфовой зоны (Михалев 2008, Birkun et al. 2014). Для дельфинов-белобочек характерна сегрегация стад по полу, возрасту и репродуктивному статусу.
Для дельфинов-белобочек, обитающих в Черном море, полагают, что самки приносят детенышей ежегодно или раз в два года или ежегодно в течение трех лет, на четвертый год, оставаясь яловыми (Томилин 1962). Период спаривания растянут на 6-7 месяцев, с июля-августа по декабрь-январь (пик в августе-октябре). Во время гона взрослые самцы могут проявлять агрессию по отношению друг к другу. Беременность длится около 10 месяцев. Период родов приходится на июль, в меньшей степени – июнь и август, в целом же, он может быть растянут с мая-июня по октябрь-ноябрь (Томилин 1957).
Самка рождает одного детеныша. Известны случаи беременности двойней (Томилин 1957, González et al. 1999), что является крайне редким для китообразных. Новорожденные детеныши имеют длину тела около 82-88 см (Клейненберг 1956, Danil and Chivers 2007).
Дельфин-белобочка – ихтиофаг; основу его питания составляют пелагические (в меньшей степени – донные, придонные и придонно-пелагические) рыбы, также в рацион могут входить головоногие моллюски и ракообразные. В Черном море основным объектом питания дельфина-белобочки служит мелкая стайная рыба.
Афалина в Черном море распространена как в прибрежной, так и в офшорных районах (рис. 3)

Рис. 3 – Ареал афалины (по: Hammond et al. 2008; © IUCN Red List)

Большинство исследователей считают, что самки афалин достигают половой зрелости в 5-7-летнем возрасте, а репродуктивной зрелости – в 7-10 лет В водах умеренного пояса спаривание и размножение происходит, как правило, в весенне-летний период. Длительность беременности самок (определена при содержании в неволе) продолжается 12 месяцев (Tavolga, Essapian, 1957; Томилин, 1962). Самка рождает обычно одного детеныша весом 11-12 кг. Максимальная продолжительность жизни, зафиксированная в дельфинарии 60 лет (Ващенко, Чернявский [ред.-сост.], 2014).
Дельфины образуют группы, объединяющие особей определенного пола и возраста (Scott et al., 1990). Наиболее стабильными являются группы самок с детенышами; каждая, из которых обитает на определенном локальном участке. При этом наблюдаются как «обмены» членами групп, так и их объединения в более крупные, но менее устойчивые образования – стаи. Группы самцов перемещаются более свободно и не привязаны к определенным группам самок. Кроме того, отмечаются обособленные группы самцов-подростков (Scott et al., 1990). В природе диапазон объектов питания афалин весьма широк и включает многочисленных представителей рыб, головоногих (кальмары) и даже креветок и других ракообразных.
Обыкновенная морская свинья – один из самых мелких представителей китообразных, который населяет как прибрежные мелководные районы, так и открытые участки акваторий (рис. 4).

Рис. 4 – Ареал обыкновенной морской свиньи (по: Hammond et al. 2008; © IUCN Red List)
Являясь оппортунистическими хищниками, то есть не специализирующимися на одном виде добычи (Teilmann, 1998), морские свиньи, в целом, проявляют приуроченность к местам обитания, обладающим высоким уровнем первичной продукции.
Считается, что морские свиньи бассейна Черного моря с генетической точки зрения, по-видимому, однородны (Viaud-Martinez et al. 2007; Fontaine et al., 2010). Однако существуют предположения об обособленности азовской субпопуляции (Goldin, 2004). Кроме того, считается, что только «азовские» морские свиньи совершают регулярные сезонные миграции весной в Азовское море, а осенью в Черное. Эти миграции обусловлены как миграциями объектов питания (хамсы), так и ледовым режимом Азовского моря (Клейненберг, 1956; Биркун, Кривохижин, 1996a).
Из-за небольших размеров и спокойной манеры плаванья обыкновенны морские свиньи малозаметны в открытом море. Обычно над поверхностью воды на короткое время во время короткого дыхательного акта видна покатая спина и небольшой треугольный плавничок. Выдох-вдох сопровождается характерным звуком, что, видимо, и является причиной того, что этого дельфина, например, на Черном море называют «чушка», «пыхтун» и т.д. Морские свиньи обычно не ныряют глубже 50 м, при этом наибольшая зарегистрированная с помощью телеметрии глубина погружения (атлантической морской свиньи) составила 226 м (Westgate et al. 1995). Морские свиньи обычно держатся небольшими группами в среднем от 1,4 до 7,7 в зависимости от района (Биркун и др., 2004b; Birkun et al, 2002b; Krivokhizhin et al. 2006). Во время сезонных миграций за рыбой животные могут на несколько дней образовывать плотные скопления до нескольких сотен особей (Цалкин, 1940b; Birkun, Frantzis, 2008).
Половой зрелости животные достигают к 3 годам. Спаривание происходит с июня по октябрь с пиком в августе. Данные по размерам зародышей у добытых самок свидетельствуют о том, что пик родов приходится на май-июнь, а беременность длится около 10 месяцев (Цалкин, 1940b; Bjorge, Tolley, 2009).
Продолжительность жизни морских свиней составляет 8-10 лет. Возраст самого старого известного индивидуума составил 23 года (Bjorge, Tolley, 2009).
Таким образом, морская свинья отличается от большинства представителей китообразных небольшой общей продолжительностью жизни и ранним достижением половозрелости.
Основой питания морских свиней являются различные виды рыб и головоногих моллюсков (Culik, 2011), однако видовой состав объектов питания неодинаков в различных частях ареала (Smith, Gaskin, 1974; Børjesson et al. 2003; Santos et al. 2004; Reeves, Notarbartolo di Sciara, 2006). Питание морских свиней в различных частях ареала не ограничивается мелководьями: они также охотятся на рыбу, обитающую в пелагиали, на средних глубинах и у дна, предпочитая кормовые объекты, отличающиеся высоким индексом обилия (Вишнякова, 2017). Питаясь у дна, морские свиньи способны погружаться на глубины до 200 м (Bjørge, 2003) [Китообразные].

Итак, все китообразные имеют ряд общих особенностей: у них обтекаемая форма тела; передние конечности — ласты; есть рудиментарные задние конечности (которые находятся внутри тела); отсутствуют внешние пальцы или когти; сплющенный хвост; у них рудиментарные ушные раковины; как правило, отсутствует волосяной покров (хотя у некоторых молодых китообразных есть щетенковидные вибриссы); есть толстый подкожный слой жира; есть массивная голова, вытянутая в рострум или «клюв» и короткая шея; отсутствуют потовые железы; есть внутренние репродуктивные органы и многокамерный желудок; их дыхательные пути снабжены клапанами, а также есть наружные ноздри. Многие из этих характеристик являются адаптацией для уменьшения сопротивления во время плавания. Выпуклости, такие как внешние уши или гениталии, создавали бы животным сложности при передвижении в воде.
Нагрузка на природу сейчас слишком сильна и может привести к вымиранию представителей отряда китообразных Чёрного моря. Причины — рыболовство, загрязнение акватории, особенно сильно вредят выбросы бытовой химии.

1.2 Роль грамположительных кокковых бактерий в развитии патологий диких китообразных Чёрного моря

В организмах диких китообразных содержится целый ряд как внешних, так и внутренних паразитов.
Из эктопаразитов, насчитываемых 17 видов, преобладают усоногие ракообразные (Cirripedia), которые живут коже диких китообразных, и китовые вши (Cyamidae). Также известно, что морские миноги (Petromyzon marinus) присасываются к телу китообразных и паразитируют на нем. На теле некоторых дельфинов (например, Stenella plagiodon) обнаруживали рыб-прилипало (Remora australis; Mahnken a. Gilmore, 1960).
У Cetacea в число 101 вида эндопаразитов входят 29 трематод, 18 цестод, 42 нематоды и 12 акантоцефал. В последнее время список видов гельминтов китообразных увеличен до 117 [Томилин].
Среди внутренних паразитов широко распространены такие, как: ленточные черви в кишечнике; плероцеркоид в ротовой полости и брюшине; трематоды в желудках, печени и кишечниках,

1.3 Возможности, технические проблемы и инновационные подходы к исследованию патологий диких китообразных, а также отбору проб на грамположительные кокковые бактерии

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1 Материал и методы исследования

Исследование было проведено в период с конца февраля по начало марта, поскольку в данный временной отрезок наблюдаются активные выбросы на побережье Краснодарского края.
Собран обширный научный материал для изучения черноморских китообразных этого района. Проведены береговые исследования, отобраны образцы для изучения в профильных лабораториях.
Во время трех пеших экспедиций от Бугазской косы, центрального пляжа города Анапы «Золотая Бухта» до пляжа «Звездочка-юг» в период с конца февраля по начало марта 2019 года были обнаружены останки 3-х выброшенных на берег китообразных, представителей видов: Delphinusdelphis Linnaeus и Tursiops truncatus Montagu.
Для выявления возможной патогенной грамположительной микрофлоры в верхних дыхательных путях у павших дельфинов были собраны биологические образцы из верхних дыхательных путей чтобы потом в лабораториях провести все необходимые токсикологические исследования на предмет возможной патогенной грамположительной микрофлоры, а так же на предмет содержания загрязняющих веществ.
Пробы из дыхала были взяты специальным зондом для отбора проб с тампоном в пробирке со средой Эймса с углём.
Токсикологические исследования на предмет возможной патогенной грамположительной микрофлоры проводились с применением тест-систем для определения биохимических свойств стафилококков и стрептококков

2.2 Результаты исследования и обсуждения

Как выяснилось, среди стойких органических загрязнителей в тканях дельфинов присутствуют пестициды и другие отходы человеческой деятельности. И все же основной причиной гибели животных становятся сети.
Собранная информация свидетельствует о том, что нарастающая антропогенная нагрузка (рыболовство, загрязнение акватории мусором, в том числе бытовой химией и др.) делает черноморских дельфинов очень уязвимыми, что говорит о необходимости разработки рекомендаций по тем мерам, которые необходимо предпринять, чтобы сохранить уникальных животных, некоторые виды которых занесены в Красную Книгу РФ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Томилин Авенир Григорьевич. Китообразные фауны морей СССР, 1962
Южные моря России. Черное и Азовское море: общая характеристика, климатические особенности. Флора и фауна. Эндемичные виды. Экономическое значение https://mydocx.ru/11-54556.html
Чёрное море. Флора и фауна. Эндемичные виды. Экологические проблемы https://infourok.ru/chyornoe-more-flora-i-fauna-endemichnie-vidi-ekologicheskie-problemi-chast-857858.html
Черноморские дельфины помогут решить экологические проблемы https://ocean.ru/index.php/novosti-left/smi-o-deyatelnosti-instituta/item/1586-chernomorskie-delfiny-pomogut-reshit-ekologicheskie-problemy
Китообразные Черного моря https://ocean.ru/index.php/deyatelnost/delfiny-chernogo-morya/item/1084-kitoobraznye-chernogo-morya