5. Біоіндикація

Актуальність проблеми. Зараз в усіх промислово розвине­них країнах інтенсивно розробляється проблема біологічної індикації, тобто оцінки стану навколишнього середовища за реакціями різноманітних живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів, навіть вірусів). Мікроскопічні методи досліджен­ня дозволяють встановити зміни під дією антропогенних стресорів вже на клітинному рівні. Проблемні питання біоіндикації в галузі екології стали настільки актуальними, що її основи зараз є програмним розділом у вищій школі.

Важливість біоіндикації тепер демонструють чисельні симпозіуми та наради, що присвячені задачам і розробкам біоіндикаційних методів оцінки техногенного впливу на біосферу, а також робота учених європейських країн над проектом Між­народного союзу біологічних наук «Біомоніторинг якості довкіл­ля - біоіндикатори».

Під час космічних досліджень біоіндикацію використовують для з’ясування впливу чинників космічного простору на живі організми. За складом флори і фауни у воді, чисельним спів­відношенням їх представників можна говорити про ступінь забруднення, придатність води до пиття і господарського вико­ристання, про ефективність робіт очисних споруд. Угрупування рослин і тварин бувають більш надійними індикаторами особливос­тей середовища, ніж окремі організми.

Особливе значенне біоіндикація набула в нашій країні після Чорнобильської аварії, у зв’язку з поширенням її проблем до радіобіоіндикації і розробки радіопротекторів.

Історична довідка. Хоча виникнення знань і спостережень щодо деградаційних змін в природі під дією людини відоме з античних часів (праці в 9 томах «Дослідження рослин» і 6-томник «Про причини рослин» стародавньогрецького філософа і природознавця Теофраста 327 - 287 p.p. до н.е., стародавньоримських дослідників природи Плінія Старшого і Катона, а також енциклопедичний огляд античного сільського господарства «Про сільське господарство» у 12 книгах JI. Ю. М. Колумели), становлення біоіндикації як окремого напряму науки датується кінцем XIX сторіччя і пов’язано з ім’ям

О. П. Карпінського. В 1884 р., вперше були опубліковані роботи

О. П. Карпінського, які не втратили актуальності досі. Ці наукові праці включають обгрунтування використання організмів, властивостей грунтів і гірських пород за особливостями рослинного покриву для оцінки стану довкілля. Ще раніше (1850 р.) цікаві біоіндикаційні спостереження були опубліковані А. Штеїсхардом в статті про сосни, пошкодженні димом.

Види реакцій біоіндикаторів і рівні біоіндикації. Чутливі організми-біоіндикатори реагують не тільки на малі дози стресора, але й дають адекватну реакцію на дію комлексу чинників, виявляючи:

•зміну забарвлення рослин, напр., хлороз, пожовтіння, почервоніння, сріблястість листя та інші; окрасу тварин;

• дефоліацію і дефлорацію - опадіння листя і квітів;

• некроз - відмирання обмежених частин тканини;

• синергізм — спільна дія декількох стресорів довкілля (мінімум двох), коли їх складові підсумовуються;

• інгібування — гальмування або сповільнення життєвих процесів, ефектів дії антропостресорів;

• емерджентність — наявність у системного цілого особливих новітніх властивостей, які не спостерігаються при дії стресорів окремо.

Можливі наступні рівні біоіндикації:

1. біохімічні і фізіологічні реакції (зміна різних процесів і накопичування певних токсикантів в органах);

2. анатомічні, морфологічні, біоритмічні і поведінкові реакції;

3. флористичні, фауністичні, хорологічні зміни (перші дві відносяться до змін з флорою та фауною, а хорологічні (від лат. сЬогов — місце) відносяться до змін в розташуванні організмів в просторі);

4. біоценотичні зміни;

5. ландшафтні - вищий рівень біоіндикаційних порушень.

Біоіндикація може відбуватись на рівні макромолекул,

клітини, організму, популяції, екосистеми.

Форми, види і типи біоіндикації. Біоіндикація має наступні форми:

• специфічна - реакція організму тільки на один антро­погенний чинник;

• неспецифічна — одна і та ж реакція біоіндикатора на різні чинники;

• чутлива - значна реакція при незначних антропогенних діях, тобто чутливими індикаторами можуть бути процеси в клітині і організмі, напр., накопичування амінокислоти проліну або сульфуру в листі, зміни у пігментному комплексі, ферментативній активності, атакож морфологічні порушення (зміна форми, сіметрії і розміру листа, хлорози, некрози);

• рання - реакція і ознаки деградації об’єкту помітні вже при мінімальних дозах стресора і одразу ж після його дії, або за дуже короткий час;

• акумулятивна - це накопичення дій чинника у живому біоіндикаторі без швидкої прояви порушень.

У природі усі види біоіндикації складають ланцюг біохіміч­них реакцій, що відбуваються послідовно. В залежності від контакту «стресор — біосистема» розрізняють наступні види біоіндикації.

Пряма біоіндикація — це тип біоіндикації, коли антро­погенний стресор діє безпосередньо на біосистему.

Опосередкована біоіндикація — це тип біоіндикації, тобто проява біоіндикації в біологічній системі, на яку не було прямої дії стресора, але ця дія непрямим чином відбилася на неї.

У середині організму також спостерігається повна субордина­ція біохімічних реакцій, що виникають під впливом зовнішних чинників. В цьому випадку розрізняють первинну і вторинну біоіндикацію.

В залежності від біооб’єкту, розрізнюють такі типи біо­індикації, як біоіндикація вірусів, біоіндикація мікроорганізмів, фітоіндикація, біоіндикація тварин.

В табл. 3.14 наводяться елементи або речовини, які виявлені в грунті і повітрі і мають відповідні тест-рослини. Гарантом чистої води також можуть бути біоіндикатори, див. табл. 3.15.

У порядку зростання толерантності до забруднювачів рослини розташовують в наступний ряд: гриби < лишайники < хвойні < трав’янисті рослини < листопадні дерева.

Таблиця 3.14. Деякі біоіндикатори довкілля

Вид роспин-індикаторів	Елемент або речовини
Фіалка, талабан, армерія	Цинк у грунті
Бурячок, полин	Магній у грунті
Астрагал, стенлея	Селен у грунті
Кроталярія, смілка кобальтова	Кобальт у грунті
Епігонум	Аргентум у грунті
Липа	ЦаСІ у грунті
Тютюн, кропива, петунія, квасоля виноград, шпинат	Озон у повітрі (сріблясте забарвлення)
Крес-салат	ЦаСІ, солі плюмбуму в грунті і випускні гази у повітрі
Сосна	Б02, дими (некроз хвої)
Смородина, порічки	Б02 у повітрі (почервоніння листа)
Гіацинт	Органічні кислоти (зміна на червоний)
Лишайники (дуже чутливі)	Б, Б02, Б, важкі метали, радіонукліди
Троянда, мак	Солі міді (зміна кольору на блакитний і навіть чорний)
Герань (сині квітки)	Кислі грунті (зміна на рожевий колір)
Примула	]МН3, (зміна кольору на фіолетовий) СНзСООН (червоний колір)
Очерет, таволга в’язолиста, вільха	Н20 у грунті

Таблиця 3.15. Біоіндикатори чистоти водойм (за М. М. Назарук, Б. В. Сенчиною)

Рослини	Тварини	Безхребетні
Латаття біле і жовте, вільха чорна, верба, водокрас, тілоріз.	Окунь, йорж, судак, щука, головень, підуст, жерех.	Личинки волохокрильця, личинки беззубки, личинки перлівниці, перлівниця.

Найбільш чутливі до забруднень повітря такі культури: салат, люцерна, злакові, хрестоцвітні, а до нечутливих видів відносять кукурудзу, виноград, трояндоцвітні, подорожник.