Добавлен: 18.10.2024
Просмотров: 25
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1.3 Общие сведения о биомониторинге
Биологический мониторинг – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения, проявляющихся на организменном, популяционном или экосистемном уровнях.
Биологический мониторинг (сокращенно — биомониторинг) предназначен для решения трех основных задач.
1. Информационное обеспечение деятельности по сохранению биоты: определение состояния биотической составляющей биосферы (на различных уровнях организации биосистем) и ее реакции на антропогенное воздействие. Учитывая важнейшую роль живых организмов в образовании и регулировании всей окружающей среды, ясно, что задача сохранения биоты имеет для человечества первоочередное практическое значение. Очевидны также этический и эстетический аспекты данной проблемы.
2. Оценка состояния окружающей среды по биотическим параметрам. Особую роль играет выявление начальных стадий неблагоприятных изменений среды, к которым многие компоненты биоты намного чувствительнее, чем человек.
3. Исследование содержания различных ингредиентов в биоте относится к биологическому мониторингу довольно условно; скорее, это одна из составляющих общей задачи определения содержания поллютантов в различных средах.
Кроме того, существуют многие частные формы биологического мониторинга для информационного обеспечения конкретных направлений деятельности по охране окружающей среды.
Особой подсистемой биомониторинга может считаться мониторинг популяций конкретных биологических видов. Наблюдения ведутся:
• за средообразующими популяциями, очевидно необходимыми для существования всей экосистемы (например, популяции доминирующих видов деревьев в лесных экосистемах);
• за популяциями-индикаторами, хорошо характеризующими своим состоянием степень благополучия той или иной экосистемы и наиболее чувствительными к антропогенному воздействию (например, планктонные рачки Epishura baikalensis в озере Байкал в зоне воздействия ЦБК);
• за популяциями, имеющими большую хозяйственную ценность (например, ценных видов рыб).
В последнее время увеличивается роль генетического мониторинга. Представляющего собой наблюдение возможных изменений в генофонде различных популяций.
Мониторинг популяции человека (как компонента биосферы) тоже может, в известной степени, считаться одной из форм популяционного биомониторинга. Постановлением Правительства РФ № 426 от 01.06.2000 г. от 1 июня 2000 г. утверждено положение о социально-гигиеническом мониторинге — государственной системе наблюдения, анализа, оценки и прогноза состояния здоровья населения и среды обитания человека (на уровнях: федеральном, субъектов федерации, муниципальных образований). Заявленные цели социально-гигиенического мониторинга — формирование федерального информационного фонда, изучение причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и условиями среды, а также обеспечение межведомственной координации деятельности по контролю санитарно–эпидемиологической остановки. [3]
1.4 Методы биологического мониторинга
Существуют два методологически различных пути оценки состояния среды по характеристикам биоты: биотестирование и биоиндикация.
Современную функционально-иерархическую систему биологического мониторинга представлена на рисунке 2. [4]
 |
| Рисунок 2 – прикладные системы биологического мониторинга |
Главным способом получения информации при проведении биологического мониторинга является биоиндикация – контроль состояния окружающей среды с помощью биоиндикаторов.
Следует отметить, что на начальном этапе становления системы экологического мониторинга ведущим методом оценки качества окружающей среды с помощью биологических объектов было биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов. Этот метод уже имел и теоретическую основу и довольно богатый практический опыт в связи с разработкой системы санитарно-гигиенических нормативов, история которой началась еще в 1896 г. с установления предельно допустимой концентрации (ПДК) содержания хлористого водорода в воздухе рабочих помещений.
1.4.1 Биотестирование
Биотестирование — это оценка качества среды при активном вмешательстве в природные процессы путем постановки эксперимента в природных или лабораторных условиях.
Суть биотестирования сводится к определению последствий взаимодействия подопытных организмов («тест-объектов») с испытываемой средой. О степени вредного воздействия среды судят, сопоставляя изменения характеристик тест-объектов при различной продолжительности опыта в изучаемых средах.
Результаты лабораторных токсикологических опытов с тест-объектами путем интегрирования полученных пороговых концентраций (при которых происходит гибель определенной доли особей или патологические изменения физиологических, биохимических и др. показателей) позволяют вычислить значения ПДК.
Критерием токсичности является достоверное количественное значение тес-тпараметра (тест-реакции), на основании которого делается вывод о токсичности образца. Среди тест-параметров наиболее часто используют поведенческие реакции, выживаемость, плодовитость, изменение ферментативной и метаболической активности организмов, а также их морфологических характеристик.
Биотестирование включает:
• изучение связи доза-эффект на тест-объектах;
• изучение порога отклика;
• острые, подострые, хронические, короткие и продолжительные опыты на генетическом, клеточном и организменном уровнях;
• зависимость продолжительности жизни от дозы вещества;
• влияние на плодовитость и потомство;
• изучение механизмов токсичности и детоксикации. [5]
Объектами биотестирования могут быть химические соединения (при определении санитарно-токсикологических характеристик), вода природных водоемов, водопроводная и сточные воды, водные вытяжки из почв, отходов, различных изделий, кормов и др.
Разнообразие тест-организмов. В качестве тест-организмов в биотестировании могут быть использованы либо целостные организмы (тест-организмы), либо изолированные органы, ткани (в биомедицинских исследованиях), эмбрионы (например, моллюсков), или клетки (например, половые клетки млекопитающих).
К настоящему времени для целей биотестирования используется большое разнообразие организмов из разных систематических групп. Широкое распространение получили методы с использованием гидробионтов в качестве биотестеров. К распространенным группам организмов, используемых в биотестировании, относятся бактерии, цианобактерии, микроводоросли, высшие растения, простейшие (инфузории, жгутиконосцы), кишечнополостные (гидры), черви (планарии, пиявки), моллюски (пластинчатожаберные, брюхоногие), ракообразные (дафнии, артемии, гаммариусы, речные раки), скрыточелюстные (коллемболы), коловратки, насекомые, рыбы (гуппи, данио, осетровые), мелкие млекопитающие (грызуны). [6]
Поскольку основой мониторинговых исследований является наблюдение, а не эксперимент, основной методологией биологического мониторинга является биоиндикация. Однако некоторые методы биотестирования в полевых и лабораторных условиях также используются для оценки качества среды и выявления ее антропогенных изменений.
1.4.2 Биоиндикация
Биоиндикация — это оценка качества среды по состоянию тех или иных представителей ее населения — биоты, осуществляемая путем наблюдения за ними, без активного (экспериментального) вмешательства в природные процессы. Объектами таких наблюдений (биоиндикаторами) могут служить биосистемы любого уровня организации. Оценка качества среды производится по биоиндикаторным признакам — тем характеристикам наблюдаемых биосистем, которые наиболее полно и точно отражают степень их благополучности.
Биоиндикация — родственный биотестированию прием, когда используют организмы, обитающие в исследуемой среде. Выбранные организмы должны давать четкий, воспроизводимый и объективный отклик на воздействие внешних факторов с достаточно высокой чувствительностью. Так, различные виды растений и животных могут определить, чем загрязнена окружающая среда (воздух, вода, почва).
По наличию определенных растений геологи находят воду под землей или различные месторождения. Например, известно, что присутствие определенного цвета фиалок в тайге говорит о наличии в земле кимберлитовых «трубок», что свидетельствует об алмазном месторождении. На полях Алтая, где растут маки с черным пятном в виде креста, в почве присутствует кадмий. Вредные фракции нефти нарушают морфогенез, поэтому в зонах, где появились уродливые формы растений с наростами, неправильным расчленением листьев, можно искать битумы и нефть. Механизмы живой природы оттачивались эволюцией на протяжении миллионов лет, и их «профессионализм» не подвергается сомнению.
При выборе биоиндикаторов учитывают следующее:
1. Стенотопные виды (т. е. виды, приспособленные к существованию в строго определенных условиях), более редкие в сообществах, как правило, являются лучшими индикаторами, нежели эвритопные (широко распространенные, обладающие широким диапазоном экологической выносливости).
2. Более крупные виды являются обычно лучшими индикаторами, чем мелкие, так как скорость оборота последних в биоценозах выше, и они могут не попасть в пробу в момент исследований (при наблюдениях с длительной периодичностью).
3. При выделении вида (или группы видов), используемого в качестве индикатора воздействия того или иного фактора, необходимо иметь полевые и экспериментальные сведения о лимитирующих значениях данного фактора с учетом возможных компенсаторных реакций организма и толерантного вида (группы видов).
4. Численное соотношение разных видов (популяций или сообществ) более показательно и является более важным индикатором, нежели численность одного вида («целое лучше, чем часть, отражает общую сумму условий»).
Биоиндикацию можно проводить на уровне молекул, клеток, органов, организмов, популяций и даже биоценоза.
Методы биоиндикации подразделяются на два вида: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Первая позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а вторая использует свойство растений и животных накапливать те или иные химические вещества (например, содержание свинца в печени рыб, находящихся на конце пищевой цепочки, может достигать 100...300 ПДК). В соответствии с этими методами различают регистрирующие и накапливающие индикаторы.
Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями (в том числе уродливостью), изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками. В качестве примера регистрирующих биоиндикаторов можно назвать лишайники, хвою деревьев (хлороз, некроз) и их суховершинность. Однако с помощью регистрирующих биоиндикаторов не всегда возможно установить причины изменений, т. е. факторы, определившие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора. Это один из основных недостатков биоиндикации, поскольку наблюдаемый эффект может порождаться разными причинами или их комплексом.
Накапливающие индикаторы концентрируют загрязняющие вещества в своих тканях, определенных органах и частях тела, которые в последующем используются для выяснения степени загрязнения окружающей среды при помощи химического анализа. Примером подобных индикаторов могут служить хитиновые панцири ракообразных и личинок насекомых, обитающих в воде; мозг, почки, селезенка, печень млекопитающих; раковины моллюсков; мхи.
Этот прием биотестирования применяют при исследовании процессов миграции токсичных веществ в окружающей среде. В качестве тест-организмов выбирают те из них, которые имеют высокий коэффициент бионакопления (КБН) токсикантов из окружающей среды. Фитопланктон, например, имеет КБН по тяжелым металлам 102...104, по полихлорироанным бифенилам — 1,7*105. Величина КБН зависит от природных факторов. Бензапирен в гидробиоте Берингова моря накапливается с КБН, равным 2,9*103, а в теплых водах Средиземного моря накопление возрастает в 5 раз.
Определение КБН оказалось удобным для глобального и регионального мониторинга окружающей среды. Для оценки загрязнения природных вод кадмием можно использовать результаты анализа его содержания в водорослях, загрязнение полихлорированными бифенилами Мирового океана можно определять по их содержанию в жировых тканях морских млекопитающих, загрязнение никелем Средиземного моря — по анализу этого элемента в устрицах. Содержание ртути в почвах региона удобно отследить по накоплению этого токсиканта в капусте, галогенидов — по иглам сосны, лишайникам. Лучшим индикатором загрязнения автострад свинцом и кадмием является растущий вдоль них подорожник.
1.5 Основные преимущества и недостатки биомониторинга