Проекты

Изучение влияния углеродных нанотрубок на дождевых червей

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Экология наноматериалов
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1874
Предметы: Биология, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату» 2020 года

Актуальность

Углеродные нанотрубки (УНТ) – это нитевидные соединения углерода длиной от 200 нм до нескольких микрометров. Из-за своего размера и строения они имеют огромное количество уникальных свойств. Это является самой главной причиной, почему они используются в различных областях промышленности.

Однако в отличие от других форм наноразмерные частицы более агрессивно воздействуют на биологическую материю. Их токсичность связывают с размером, атомами катализаторов, «вросших» в структуру при производстве, и функциональным покрытием. Например, было показано, что УНТ вызывают больший отрицательный эффект, чем асбест.

С каждым годом производство УНТ растёт вместе с их вероятностью попадания в окружающую среду. Однако основное внимание учёных сконцентрировано на изучении воздействия УНТ на человеческий организм в рамках нанобезопасности или на клеточные культуры для изучения биомедицинских приложений УНТ. Изучение же влияния этого наноматериала, с точки зрения безопасности окружающей среды, ограничивается посевными культурами. Вопрос, который остаётся пока без ответа: что будет с распространёнными представителями фауны под воздействием УНТ?

Цель

Изучение воздействия УНТ с различными физическими параметрами на дождевых червей.

Задачи

  1. Изучение литературы об углеродных нанотрубках, их особых физико-химических свойствах, сферах применения.
  2. Обзор литературы на предмет токсикологического воздействия углеродных нанотрубок на биологическую материю.
  3. Изучение нормативов о проведении токсикологических исследований на живых организмах.
  4. Планирование эксперимента.
  5. Проведение эксперимента по излучению токсического воздействия углеродных нанотрубок на живой организм.
  6. Обработка и анализ результатов эксперимента.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Холодильник
  • Лабораторные весы
  • Стеклянные банки объёмом 1 л, 50 шт.
  • Пипетки Пастера объёмом 3 мл
  • Канцелярские резинки
  • Одноразовые латексные перчатки
  • Пищевая пластиковая плёнка

Описание

Для работы были приобретены углеродные нанотрубки трёх различных типов компании ООО «НаноТехЦентр», г. Тамбов. Для эксперимента было взято 30 г нанотрубок каждого типа.

 

В качестве тест-объекта были выбраны черви, поскольку они широко распространены в окружающей среде, включаются во многие пищевые цепочки, и автор мог обеспечить условия содержания.

Для проведения эксперимента были выбраны следующие ГОСТы:

•         ГОСТ 33036 – 2014 «Определение острой токсичности для дождевых червей»;

•         ГОСТ 33042 – 2014 «Тест на репродуктивность дождевых червей».

По ГОСТу для проведения подобного эксперимента используются черви вида Eisenia foetida (Michaelsen). Однако, хоть они и обладают повышенной чувствительностью к токсическому воздействию, эти черви недостаточно широко распространены. Автором был выбран вид Eisenia veneta, который типичен для традиционных видов почв.

Для проведения эксперимента была использована почвосмесь марки «Биогрунт универсальный» производства ООО «ГЕРА» в количестве 4 упаковок по 5 литров.

1. Тест с почвой

В каждую стеклянную банку помещалось 200–300 г. искусственной почвы. В банку помещался ряд концентрации исследуемого вещества и 5 промытых дождевых червей, далее сосуды накрывали пластиковой пищевой плёнкой для предотвращения пересыхания и выдерживали 14 дней. На 7-й и на 14-й день происходила оценка гибели червей. Гибель червей определялась путём наличия их реакции на механические раздражения, производимые от головы к хвосту. 

2. Тест на репродуктивность

Автор помещал 10 червей в стеклянный сосуд объёмом 1–2 л 500–600 г искусственной почвы, после чего – тестируемое вещество концентрации 0,1; 1,0; 10, 100 и 1000 мг/кг, вносил на поверхность увлажнённой водой почвы через полтора часа после посадки червей так, чтобы избежать прямого контакта тестируемого вещества с червями.

Продолжительность этого теста – 2 недели, и к концу этого срока оценивали смертность червей. На 28-й день живых взрослых червей осматривали и подсчитывали. Далее почву инкубировали ещё четыре недели при тех же условиях. К концу 4-недельного периода количество ювенильных червей, вылупившихся из коконов, и количество коконов подсчитывали с использованием процедуры.

Черви, используемые в тесте с почвой, продолжили своё существование ещё на несколько недель. В течение этого времени черви периодически подсчитывались, ювенильные черви не были обнаружены. В связи с этим в качестве параметра для оценки влияния УНТ на червей было выбрано изменение средней массы.

3. Оценка изменения прироста массы

При подсчёте червей каждый раз измерялась общая масса червей в банке. Поскольку черви имели изначально разные массы, а с течением эксперимента их количество менялось, то оценивалась средняя масса.

Результаты работы

1. Для каждого значения концентрации УНТ были построены графики зависимости числа живых обнаруженных червей с момента начала эксперимента.

Количество живых найденных червей при концентрации УНТ 10 г\кг почвы

 

Колебания в количестве объясняются неточностью подсчёта и\или перемещением червей по банкам. Зависимость выживаемости червей от каких-либо физических характеристик УНТ не выявлена.

2. Для каждого типа УНТ были построены графики зависимости числа живых обнаруженных червей с момента начала эксперимента.

Количество живых найденных червей при различных концентрациях УНТ типа ТАУНИТ-МД

 

По всем графикам для разных концентраций можно сделать вывод, что УНТ не представляют реальной угрозы, поскольку использованные в эксперименте концентрации значительно превышают реально возможные значения.

3. Равномерное нарастание массы во всех группах объясняется наличием избытка питания в почве и температурным режимом. Постепенное уменьшение средней массы происходило из-за уменьшения количества питательных веществ в почве.

Зависимости изменения массы от вида УНТ или концентрации обнаружено не было.

Средняя масса червей при концентрации УНТ 10 г\кг почвы

 

Выводы

  1. Не обнаружена острая токсическая реакция червей в тесте с почвой.
  2. Не обнаружено существенное изменение средней массы в течение 11 недель выдержки червей в почве с УНТ различного типа с различными концентрациями. Концентрации, которые использовали в работе, во много раз превышают гипотетически возможные концентрация УНТ в окружающей среде.
  3. Не обнаружено какого-либо различия в воздействии УНТ разных видов и разных концентрациях.
  4. Некоторые противоречия полученных результатов с литературными данными объясняются различными подходами к исследованию: в нашей работе изучалась, по сути, острая токсичность, а в описанных экспериментах – отдельные детерминанты токсического воздействия, которые не приводят к смертности.