Вопросы к экзамену по курсу «Биологический мониторинг радиационного и химического загрязнения»

1. Рассказать методологию и подходы биотестирования, основные требования к методам, тест-объектам и тест-функциям.

Биотестирование — процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия загрязнения окружающей среды для биоты.

Суть методологии биотестирования

Предлагаемая система биомониторинга представляет собой комплекс различных подходов для оценки состояния разных организмов, находящихся под воздействием комплекса как естественных, так и антропогенных факторов. Фундаментальным показателем их состояния является эффективность физиологических процессов, обеспечивающих нормальное развитие организма. В оптимальных условиях организм реагирует на воздействие среды посредством

сложной физиологической системы буферных гомеостатаческих механизмов. Эти механизмы поддерживают оптимальное протекание процессов развитая. Под воздействием неблагоприятных условий механизмы поддержания гомеостаза могут быть нарушены, что приводит к состоянию стресса. Такие нарушения могут происходить до появления изменений обычно используемых параметров жизнеспособности. Таким образом, методология биотестирования, основанная на исследовании эффективности гомеостатаческих механизмов, позволяет уловить присутствие стрессирующего воздействия раньше, чем многие обычно используемые методы.

Основные подходы биотестирования

≪Подходами≫ можно условно назвать группы методов, характеризующих сходные процессы, происходящие с тест-объектами под влиянием антропогенных факторов.

• Биохимический подход

• Генетический подход

• Морфологический подход

• Физиологический подход

• Биофизический подход

• Иммунологический подход

Требования к методам биотестирования

Для того чтобы быть пригодными для решения комплекса современных задач, методы биотестирования, используемые для оценки среды, должны соответствовать следующим требованиям:

• быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов;

• характеризовать наиболее общие и важные параметры жизнедеятельности биоты;

• быть достаточно чувствительными для выявления даже начальных обратимых экологических изменений;

• быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия;

• быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также и для исследований в природе;

• быть достаточно простыми и не слишком дорогостоящими для широкого использования;

• оценивать степень отклонения от оптимума;

• пригодность для оценки реальной природной среды;

• воспроизводимость и статистическая достоверность результатов.

Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания проблемам охраны природы

и в связи с развитием природоохранных мероприятий становится необходимым оценивать не только и не столько существенные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но первоначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.

Другое важное требование — универсальность как в отношении физического, химического или биологического оцениваемого воздействия, так и типа экосистем и вида живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится. Причем, это необходимо как в отношении отдельных агентов, так и кумулятивного воздействия любого их сочетания (включая весь комплекс как антропогенных, так и естественных факторов).

Требования к тест-объектам

Идеальный биологический индикатор (тест-объект) 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;

• давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;

• характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;

• использоваться в естественных условиях его существования;

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

• определять тенденцию развития экосистемы;

• указывать пути и места скопления в экосистеме различного рода загрязнений;

• интегрально отражать состояние окружающей среды от суммарного действия всех видов загрязнения;

• фиксировать скорость происходящих изменений.

Требования к тест-функции

Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест-реакции (тест-функции) — того параметра организма, который измеряется при тестировании. Наиболее информативны интегральные параметры, характеризующие общее состояние живой системы соответствующего уровня.

Для отдельных организмов к интегральным параметрам обычно относят характеристики выживаемости, роста, плодовитости, тогда как физиологические, биохимические, гистологические и прочие параметры относят к частным. Для популяций интегральными параметрами являются численность и биомасса, а для экосистем — характеристики видового состава, активности продукции и деструкции органического вещества.

С увеличением интегральности тест-реакции повышается «экологический реализм» теста, но обычно снижаются его оперативность и чувствительность. Функциональные параметры оказываются более лабильными, чем структурные, а параметры клеточного и молекулярного уровней проигрывают в отношении экологической информативности, но выигрывают в отношении чувствительности, оперативности и воспроизводимости.