Тема 2.1 Моніторинг біоти. Моніторинг флори та фауни

Для биоиндикации могут использоваться показатели биосис­тем всех рангов. Обычно, чем ниже ранг биосистемы, используе­мой в качестве биоиндикатора, тем более частными могут быть выводы о воздействиях факторов среды и наоборот.

Организмы и суборганизменные структуры. K биосистемам суборганизменных рангов относятся молекулы и молекулярные комплексы (белки, нуклеиновые кислоты и др.), клеточные орга­ноиды, клетки, ткани, органы и системы органов. Для биоинди­кации наиболее показательны следующие характеристики

• химический состав клеток;

• состав, структура и степень функциональной активности феноменов;  

• структурно-функциональные характеристики клеточных органоидов;

• размеры клеток, их морфологические характеристики, уро­вень активности;

• гистологические показатели;

• концентрации поллютантов в тканях и органах;

• частота и характер мутаций, канцерогенеза, уродств.

Тератогенный эффект факторов среды - способность вызы­вать y тест-организмов различные уродства, пороки развития. Последствия тератогенных воздействий различны: в одних слу­чаях тератогенез может проявляться только на уровне клеточных органоидов, отдельных клеток; в других затрагивает ткани, орга­ны и весь организм.

Большое значение для биоиндикации состояния окружающей среды и её антропогенных изменений имеют многочисленные структурные (анатомические) и функциональные (физиологиче­ские) характеристики организма.

Использование некоторых структурных и функциональных характеристик сообществ (особенно фито-, зоо- и бактерио­планктона и бентоса) для оценки качества водной среды (наряду с абиотическими показателями) является обязательным (ГОСТ 17. 1. 3 . 07-82; ГОСТ 17. 1. 2. 04-77;Рд 52. 24. 565-%о; Рд 52. 24. 564-96; Рд 52. 24. 420-95 и др.).

Наиболее широко применяется оценка скорости аэробной деструкции органических веществ - биохимическое (или биологическое) потребление кислорода (БПК) планктоном.

БПК легко определяется экспериментально, оно выражается обычно в миллиграммах кислорода, расходуемо­го при деструкции в единице объёма воды в условиях изоляции от солнечного света за период экспозиции (обычно 5 суток). Со­ответствующая величина БПК обозначается БПК₅. БПК₅ являет­ся одним их шести обязательных показателей при расчете индекса загрязненности воды.

Первичная продуктивность водных экосистем и их способность к самоочищению обычно оценивается по величине первичной продукции планктона и по соотношению скоростей образования валовой первичной продукции и деструкции (Р/R).

Принятая классификация качества воды водоемов и водотоков по биотическим показателям (ГОСТ17.1.3.07-82) учитывает следующие характеристики:

• отношение общей плотности олитхег к общей плотности сообщества зообентоса (класс Oligochaeta - малощетинковые черви; многие их виды характеризуются повышенной устойчиво­стью к загрязнению и гипоксии, что определяет высокое абсолютное и относительное обилие олигохет в бентосе загрязнённых водоёмом);

• концентрацию в воде всех бактерий и отдельных сапро­фитных, т. е., активно разлагающих органических веществ;

• индекс сапробности (и модификации Сладечека) по фито­планктону, зоопланктону, перефитону;биотический индекс Вудивисса.

• Шкала и индексы сапробности. Сапробностьо называется степень загрязненности водоёма органическими веществами, дос­тупными редуцентам. B основную шкалу сапробности положен принцип, отражающий степень оксифильности гидробионтов­-индикаторов. Водоёмы и отдельные участки их акватории клас­сифицируются по степени загрязненности органическими веще­ствами следующим образом (ГОСТ 17. 1. 3. 07-82):

• ксеносапробная зона (I класс чистоты) - вода “очень чис­тая”;

• олигосапробная зона (II класс чистоты) - вода “чистая”;

• бета-мезосапробная зона (III класс чистоты) - вода “слабо (умеренно) загрязнённая”;

• альфа-мезасапробная зона (IV класс чистоты) - вода “за­грязнённая”;

• полисапробная зона (V класс чистоты) - вода “грязная”;

• гиперсапробная зона (VI класс чистоты) - вода “очень гряз­ная”.

Биологических переменных, характеризующих состояние от­дельных особей, группы организмов, целых попуцляий и экосис­тем, теоретически может быть бесконечное число. Но среди них  имеется относительно немного параметров, тесно связанных с важнейшими показателями состояния группы организмов или  отдельных особей. K важнейшим показателям относятся преж­де всего, признаки предельного состояния организма или группы организмов, нарушение репродуктивных способностей, жизненного цикла и некоторые другие.

Наиболeе пoлнo вопросы мониторинга биологических пере­менных были обсуждены весной 1979 г. нa семинаре в США. На семинаре было выделено семь секций: биохимия, физиология, паталогия, поведение, генетика, экология и биотестирование. B опубликованных тpудаx семинара приводятся списки биологи­ческих параметром, рекомендуемых для включения в программы биологического мониторинга, и методы их определения.

Эти методы в сочетании с классическими позволяют наи­более полно описать состояние наблюдаемых экосистем, если известны критерии оценки полезности биологических перемен­ных для мониторинга загрязнения, и определен диапазон изме­нений биологических переменных.

Для практических нужд в первую очередь используются простые методы, с помощью которых можно измерять физиоло­го-биохимические показатели, имеющее высокую корреляцию с такими важными переметными, как смертность, рождаемость, продолжительность жизни и др.

Механизмы, лежащие в основе поражения отдельных клеток, организмов, популяций или сообществ  при воздействии одного и того же повреждающего фактора, будут отличаться друг от друга,  т.к. каждая из ступеней структуры живого описыва­ется определенным набором переменных, принадлежащих только данной ступени

Включению биологических переменных в программы биоло­гического мониторинга предшествует отбор переменных, исходя из определенных критериев.

B первую группу были включены критерии, отражающие фундаментальность биологического воздействия, во вторую­ - оценивающую эффективность биологических измерений и в третью - практическую ценность переменных, предлагаемых для включения в программы мониторинга.

Первая группа охватывает следующие критерии:

1. существование связи между выбранной переменной и та­кими показателями, как рост, воспроизводство, выживаемость особей, популяции, сообщества и экосистемы; 

2. характер связи между наблюдаемой переменной и откликами на низших и высших уровнях организации; 

3. специфичность отклика перемен­ной к фактору, его вызывающему; 

4. возможность возврата пе­ременной к своему первоначальному значению после прекращения действия возмущающего фактора; 

5. специфичность дей­ствия фактора для определения группы организмов.

Вторую группу составляют следующие критерии:

1. характер связи отклика переменной с действующим за­грязнением; 

2. интенсивность действующего фактора, вызыва­ющего наблюдаемый отклик переменной; 

3. пределы изменения величины действующего фактора, вызывающие наблюдаемый эффект; 

4. величина отрезка времени, в течение которого формируется отклик (часы, дни, годы); 

5. легкость обнаружения превышения “сигнала” отклика над природным фоном (шу­мом”); 

6. точность измерения наблюдаемого отклика перемен­ной.

B третью группу критериев входят:

1. Оценка стоимости измере­ния отклика переменной, которая включает стоимость капи­тального оборудования, обучения персонала и штатов, a также оценка диапазона использования отклика переменной в программах биологического мониторинга.

2. Обычно программы биологического мониторинга строятся таким образом, чтобы он включали намерение как неспецифических, так и специфических биологических откликов. Так как отклики на высших уровнях организации (популяции и сообщества) более важны с экологической точки зрения, по практически не несут информации об изменениях на низших уровнях организации - клеточном и молекулярном. B то же вре­мя последние являются более чувствительными и специфичными показателями.   В этом случае выбранная биологическая переменная будет либо общим (неспецифическим) показателем изменений окружающей среды, так как загрязнение обычно представляет собой комбинацию разнообразных веществ и переменных окружающей среды, либо специфическим откликом на известный класс веществ, вы­бранный для определения связи “причина-эффект”. Если программой биологического мониторинга предусмотрена оценка состояния окружающей среды с учетом общих и специфических показателей, то в программу надо включать биологические переменные, отвечающие разным уровням биологической организации.