Формы биоиндикации

Выделяют 2 формы отклика живых организмов, используемых в целях биоиндикации – специфическую и неспецифическую.

В первом случае изменение живой системы можно связать только с одним фактором среды. Например, высокая концентрация в воздухе озона вызывает на листьях табака серебристые некрозные пятна.

Во втором случае различные факторы среды вызывают одну и ту же реакцию. Например, снижение численности почвенных беспозвоночных может происходить по разным причинам: при загрязнении почвы, вытаптывании, во время засухи или по другим причинам.

Схематически обе формы биоиндикации можно представить следующим образом:

Специфическая Неспецифическая

биоиндикация биоиндикация

факторы реакция факторы реакция

среды живой системы среды живой системы

А А

Б α Б β

В В

Г Г

При другом подходе различают прямую и косвенную биоиндикацию.

О прямой биоиндикации говорят, когда фактор среды действует на биологический объект непосредственно. В приведенном выше примере серебристые пятна на листьях табака возникают от прямого действия озона.

При косвенной биоиндикации фактор действует через изменение других факторов среды (либо абиотических, либо биотических). Например, применение одного из гербицидов (2,2 дихлорпропионовой кислоты) на лугу ведет к уменьшению злаков в растительном покрове (с 55% до 12%) и соответственно к увеличению роста разнотравья, что может рассматриваться как прямая биоиндикация. Эти изменения растительного покрова ведут к падению численности саранчовых и росту численности тли. Изменения в соотношении двух групп насекомых – пример косвенной биоиндикации применения гербицида.

Схематически это можно изобразить следующим образом:

Прямая Косвенная

биоиндикация биоиндикация

факторы реакция факторы реакция

среды живой системы среды живой системы

А α А Б β

Типы биоиндикаторов и критерии их выбора

Как уже отмечалось биоиндикаторы – это биологические объекты (от клеток и биологических макромолекул до экосистем и биосферы в целом), используемые для оценки состояния среды. Когда хотят подчеркнуть то, что биоиндикаторы могут принадлежать к разным уровням организации живого, то употребляют термин «биоиндикаторные системы»

Выделяют 2 типа биоиндикаторов:

• чувствительный – быстро реагирует значительным отклонением показателей от нормы. Например, отклонение в поведении животных, в физиологических реакциях клеток могут быть обнаружены практически сразу после начала действия нарушающего фактора;

• аккумулятивный – накапливает воздействие без проявляющихся нарушений. Например, лес на начальных этапах его загрязнения или вытаптывания будет прежним по своим основным характеристикам (видовому составу, разнообразию, обилию и т. п.), лишь по прошествии какого-то времени начнут исчезать редкие виды, произойдет смена преобладающих форм, изменится общая численность организмов и т. д. Таким образом, лесное сообщество как биоиндикатор не сразу проявит нарушение среды.

Биоиндикаторы принято описывать с помощью двух характеристик:

• специфичность;

• чувствительность.

При низкой специфичности биоиндикатор реагирует на разные факторы (обладает низкой избирательностью). При высокой специфичности – реагирует только на один фактор воздействия.

Говорят что биоиндикатор обладает низкой чувствительностью, если он отвечает только на сильные отклонения фактора от нормы (реагирует только на сильные воздействия). При высокой чувствительности биоиндикатор реагирует даже на незначительные воздействия.

Тест-организмы – это биоиндикаторы (растения и животные), которых используют для оценки качества воздуха, воды или почвы в лабораторных опытах.

Примеры тест-организмов:

• одноклеточные зеленые водоросли (хлорелла, требоуксия, относящиеся к лишайникам);

• простейшие (инфузория-туфелька);

• членистоногие (рачки дафния и артемия);

• мох мниум;

• цветковые (злак плевел, кресс-салат).

Рассмотрим требования (критерии) при выборе организмов в качестве биоиндикаторов.

В качестве биоиндикаторов могут быть использованы представители всех Царств живой природы. Для биоиндикации не пригодны организмы, поврежденные болезнями, вредителями и паразитами. Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований:

• быть типичным для данных условий;

• иметь высокую численность в исследуемом экотопе;

• обитать в данном месте в течение ряда лет, что дает возможность проследить динамику загрязнения;

• находиться в условиях, удобных для отбора проб;

• характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования, т.е. в воздействующем факторе или субстрате;

• использоваться в естественных условиях его существования;

• иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживания влияния фактора на последующие поколения.

Ответная реакция биоиндикатора на определенное физическое или химическое воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться визуально или с помощью приборов.

При выборе индикатора необходимо принимать во внимание соображения экономики и учитывать характер использования тех или иных организмов. Например, тех, которые широко распространены на исследуемой территории и не занесены в «Красную книгу».

На уровне популяции биоиндикация проводится в том случае, если процесс распространения негативных изменений охватывает такое количество особей, при котором заметно сокращается численность популяции, изменяется ее половозрастная структура, сокращается продолжительность жизни, происходит сдвиг фенологических фаз и другое.

Экосистемный подход к оценке среды дает возможность ранней диагностики ее изменений. Сигналом тревоги служит разбалансировка продукционно-деструкционных процессов. Диагностическими признаками таких процессов является накопление органического вещества, заиление, зарастание водоемов, усиленное развитие микроорганизмов.

Для биоиндикации необходимо выбирать наиболее чувствительные сообщества, характеризующиеся максимальными скоростью отклика и выраженностью параметров. Например, в водных экосистемах наиболее чувствительными являются планктонные сообщества, которые быстро реагируют на изменение среды благодаря короткому жизненному циклу и высокой скорости воспроизводства. Бентосные сообщества, где организмы имеют достаточно длинный жизненный цикл, более консервативны: перестройки происходят в них при длительном хроническом загрязнении, приводящем к необратимости процесса.