Біотестування середовищ
Біотестування являє собою класичний експериментальний прийом, який використовують у таксонометрії для розробки нормативних концентрацій хімічних речовин. Біотестування природних вод з 1991р. включено в перелік методів для виявлення зон надзвичайного екологічного стану і зон екологічного нещастя.
У методі біотестування довкілля розрізняють тест-реакцію (поведінкова, фізіологічна реакція) організму на зміни довкілля і тест-об'єкт – власне організм, по ступені впливу на який оцінюють якість довкілля. Разом з біоіндікацією біотестування бере участь у біомоніторингу скидань (рис.14).
Рисунок 14. Блок-схема біомоніторінга промислових скидів аграрних і технічних підприємств
На сьогодні добре відомі методи біотестування, орієнтовані на визначення токсичності водного середовища, обумовленої присутністю окремих груп хімічних сполук. З установленням інгибіруючого впливу хлорорганічних сполук і важких металів на холінестеразу почалася розробка експрес-методів біотестування забруднень.
Біотестування природних вод являє собою оцінку токсичності водного середовища невідомого вмісту і має ряд особливостей. В той час якщо фахівцеві відомі джерела забруднення водного об'єкта, і він здатний аналітично визначити, які речовини присутні в пробі природної води, то результат біотестування не може бути точним по конкретній речовині. Він буде залежати від ряду факторів: комбінованого ефекту впливу комплексу присутніх забруднюючих речовин; трансформації і метаболізму, гідрохімічного режиму.
Однак тільки біотестування по пробі природної води може дати висновок про реальну токсичність цієї води для гідробіонтів або про погрозу токсичного забруднення водної екосистеми в цілому. Біотестування використовують для оцінки токсичності аграрних і промислових стічних вод на різних етапах їхнього очищення, найчастіше при введенні нових технологій, для розробки гранично припустимого скидів, що включені в екологічний паспорт підприємств.
Датчики, сенсори, рецептори, аналізатори
Сучасна аналітична лабораторія нараховує безліч датчиків, індикаторів і аналізаторів. Мініатюрними датчиками і приладами, що удосконалювалися в процесі еволюції, постачені комахи, риби, птахи. Вчені намагаються не моделювати фантастичну чутливість організмів, а безпосередньо підключати їх до електронних схем.
На службі біологів складаються мікроскопічні світловоди, фоторезистори і фотоелементи, що відслідковують зміну кольору бактерій і форми кліток. Їх можна застосовувати як окремі вузли «живих» або «напівживих» приладів. Є наукові розробки створення чуттєвих приладів з використанням датчиків мух, павуків, пацюків. Наприклад, хімічні аналізатори в комах знаходяться в роті, на антенах і на ногах. На думку ряду вчених, деякі комахи, наприклад терміти і мурахи, мають навіть об'ємний нюх, що людям важко уявити.
Біолог А. Л. Чижевский на початку минулого століття сконструював надчуттєвий апарат, що попереджав про сплески сонячної активності за тиждень до їхньої появи. Головною «деталлю» приладу були бактерії, здатні змінювати своє фарбування. На що вони реагують — на зміну електромагнітних полів або, що летять від сонця частки — дотепер не з'ясовано.
Живі організми вміють за допомогою своїх «датчиків» відсівати зайву інформацію. Так, око жаби, особливо сітківка, вибирає тільки потрібні для тваринного зведення. У риб умовний рефлекс формується на окремі молекули домішки речовин, що потрапили у воду. При влученні досліджуваних концентрацій речовин у воду рибу можна навчити іти від сітки, через яку пропускається струм.
Зараз способи реєстрації біопотенціалів досягли такої досконалості, про які раніш приходилося тільки мріяти. Тепер експериментатори навчилися відводити біоструми як від нервових ядер і вузлів, так і від окремих кліток. За допомогою найтонших платинових і золотих електродів можна знімати потенціали порядку десятих часток мікровольта з оболонок кліток і з нервових волокон.
Людина чітко визначає смакові якості речовин, у той же час незнайомі запахи він порівнює з уже відомими. Таких запахів можна нарахувати тисячі. У людей смакові і нюхові відчуття розділяються, а в багатьох живих істот вони виступають як єдине почуття, а окремі особи «відчувають» конфігурацію молекул!
Існують сім основних нюхових рецепторів, що сприймають живі істоти: камфорні, ефірні, квіткові, мускусні, м'ятні, гострі і гнильні запахи. Так само як на екрані кольорового телевізора тільки три кольори — синій, червоний і зелений — створюють усю гаму квітів, весь букет запахів створюється цими складовими, котрі хеморецептори сприймають як окремі компоненти діючого запаху, а всі разом вони дають повну картину запаху, що надходить у мозок у виді біострумів по нюхових нервових волокнах, а мозок цілком «аналізує» його.
Біологи встановили, що засобом спілкування між комахами служать речовини, що називають феромонами. До них відносять, наприклад, пахучі речовини самки деяких метеликів, що залучають самців іноді на відстані до 8 кілометрів. Для подібної хімічної локації комахи використовують пір'ясті антени, засіяні хеморецепторами - мініатюрними біодатчиками.
Дізнавання відбувається по типу «ключ – замок», у якому «замок» – це молекули пахучої речовини, тобто сигнал, відправлений за допомогою запаху, а «ключ» - хеморецептори прийомного пристрою. Цей принцип розповсюджений у природі. Він дозволяє лососям знаходити за багато сотень кілометрів рідні місця, собакам - виявляти наркотики, пацюкам - іти від отруєних принад.
Природні явища, біоіндикація і біотестування дуже зв'язані один з одним. Прогнозування природних явищ можливо лише після ґрунтовного вивчення як біоіндикації, так і біотестування, їхнього механізму. Однак на цьому шляху дослідники зіштовхуються з різними проблемами від будівлі органів почуттів до біології клітки «живих» індикаторів.
Можливо, спільне застосування електронних і живих вузлів дасть нове покоління вимірювальної апаратури, здатної позбутися від сторонньої інформації і різних перешкод, буде сприяти створенню і розвиткові «нанотехнологій».