Биологический мониторинг

Биологический мониторинг, как правило, входит в качестве подсистемы в состав экологического мониторинга. Как известно, качество среды (почвы, воды, воздуха, биоты) можно отслеживать двумя методами:

• физико-химическим;

• биологическим.

Биологический мониторинг направлен на выявление и оценку антропогенных процессов, связанных с изменением биоты, биологических систем, на прогноз развития этих систем. Состояние биологических систем оценивается по:

• продукции всех основных звеньев трофической цепи;

• стабильности структуры и разнородности отдельных трофических уровней;

• скорости протекания обмена веществ и расходования энергии в экосистеме, характеризующих степень биологического самоочищения системы.

Для целей биологического мониторинга в качестве функциональных показателей используют показатели риска (прирост биомассы), показатели трат на дыхание, показатели потребления и усвоения пищи. Кроме того, при организации контроля за состоянием биоты особое внимание должно уделяться:

• колебаниям общей численности популяции и выяснению причин этих колебаний;

• изменениям в возрастном и половом составе популяции;

• изменению половых процессов и интенсивности размножения;

• изменению репродуктивного цикла;

• изменению в эмбриональном развитии.

Экологические основы биоиндикации

Биоиндикация – это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) – это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может проводиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание загрязняющих веществ и т. д.), так и биотических факторов (благополучие организмов, их популяций и сообществ).

Все биологические системы – будь то организмы, популяции или биоценозы – в ходе своего развития приспособились к комплексу факторов местообитания. Они завладели внутри биосферы определенной областью, экологической нишей, в которой находят подходящие условия существования и могут нормально питаться и размножаться. Каждый организм обладает в отношении любого действующего на него фактора генетически детерминированным уникальным физиологическим диапазоном толерантности, в пределах которого этот фактор является для него переносимым.

Такие понятия как «диапазон толерантности», «зоны оптимума», «зоны пессимума» вытекают из базовых законов экологии, таких как Закон минимума Либиха и Закон толерантности Шелфорда. Наглядно эти понятия демонстрирует графическое представление функций отклика организма на действующий на него фактор или группу факторов.

На рис. 3 - частная функция отклика, описывающая показатель смертности популяции.

Индикаторная ценность вида определяется его реакцией (функцией отклика ) на диапазон изменения фактора. При широком диапазоне толерантности организмы называются эврипотентными, при узком диапазоне толерантности – стенопотентными.

Стенопотентные организмы являются более ценными в биоиндикаторном смысле, поскольку небольшое изменение значения фактора влечет за собой существенные изменения функций отклика.

Как правило, функция отклика организма на отдельный фактор имеет форму выпуклой кривой, нарастающей до некоторого максимума, а затем убывающей до минимума, за которым наступает либо смерть, либо отсутствие организма в данной местности (данных условиях).

Зоной оптимума называют интервал значений фактора, в котором организм ощущает себя наиболее комфортно.

Зоной пессимума называют участок на шкале значений фактора, когда физиологические реакции организма минимальны либо приближаются к летальному исходу.

Будучи взаимозаменяемыми, отдельные факторы или их сочетание могут приводить к сходному эффекту. Поэтому для исследователя проблемным является нахождение соответствия видимой реакции организма совокупности искомых факторов, приведших к данной реакции.

Для уточнения и выявления факторов, ответственных за определенные реакции организмов применяют биотестирование.

Биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности в зависимости от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для оценки параметров среды используют стандартизированные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул).

В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ. Живой организм может тестироваться также в специальных камерах или на стендах, где создаются условия изучаемого загрязнения, что очень важно для выявления реакции организма на то или иное доминирующее загрязнение или целый комплекс известных загрязняющих веществ на данной территории обитания.

Хотя биоиндикация и биотестирование очень близки по конечной цели исследования, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия для биоты от загрязнения окружающей среды, а биоиндикация осуществляется на уровне отдельного организма, популяции или сообщества и характеризует результат загрязнения в целом.

Живые объекты – открытые системы, через которые идет поток энергии и круговорот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.