2 Понятие биоиндикатора. Виды индикаторов
Индикатор (лат. Indico – указываю, определяю) – указатель. По Н.Ф. Реймерсу, биоиндикатор – это:
1) группа особей одного вида организмов или сообщество, по наличию или состоянию которых, а также поведению судят о биоэкотопических изменениях в среде, в том числе о присутствии и концентрации загрязнителей;
2) вид или сообщество, присутствие которых указывает на геохимические особенности среды, обусловленные наличием полезных ископаемых.
Таким образом, индикатор условий внешней среды – термин, относящийся, главным образом, к живым организмам-биоиндикаторам или индикаторным сообществам как показателям общего состояния окружающей среды, включающим физические, химические, биологические и иные факторы, их интенсивность, соотношение между собой, скорость и степень изменения.
Прямыми индикаторами называются такие, присутствие которых непосредственно определяется наличием данного объекта индикации и зависит от него.
Косвенные индикаторы не имеют прямой связи с объектом индикации, но приурочены к какому-либо промежуточному условию, которое сопряжено с объектом индикации.
К индикаторным признакам относятся: флористические (различия в видовом составе); физиолого – биохимические (характеристики химического состава, обмена веществ, их аномалии, особенности состава пигментов, определяющих цвет растений); эколого – физиологические, в частности, отношение к воде, засолению почв, характеру субстрата и т.д. (выявление ксерофитов, мезофитов, галофитов, петрофитов и др.); морфологические (размеры, особенности внешнего и внутреннего строения растений, в частности, ветвления, искривлений и других отклонений, ширина годичных колец и др.); эколого-морфологические (особенности жизненных форм); онтогенетические признаки (особенности фенологии, длительность развития); ассоциированность видов; структура сообществ (особенности сложения ярусов, микрогруппировок, микро-фитоценозов); взаимоотношения и динамика сообществ в пространстве и во времени (экологодинамические, эколого-генетические ряды, сукцессии) и др.
По сравнению с физико-химическими, биоиндикационные методы имеют некоторые преимущества, а именно: они не требуют дорогостоящих и капризных аппаратов, результаты могут быть получены без вмешательства в жизненные процессы организмов, выявляются интегральные оценки, мало зависящие от мгновенных значений, можно одновременно охарактеризовать большие территории, составляя, например, биоиндикационные карты степени загрязненности среды. Биоиндикационные методы изучения антропогенного влияния на окружающую среду являются вспомогательными (но достаточно точными и дешевыми), они не заменяют точные физико-геохимические исследования среды. Лишь дружный и целенаправленный «союз» и комплексность определений вещественно-элементарного характера сред и биоиндикационных методов мониторинга может дать результаты, всесторонне характеризующие состояние и динамику изменений экосреды.
Наиболее изучены в настоящее время реакции на загрязнение перечисленных сред различными веществами и их смесями со стороны растений. Фитоиндикационные наблюдения тесно связаны с определенными экологическими условиями, с их помощью возможно качественно и даже количественно оценивать характер изменений во внешней среде (по присутствию и состоянию этих растений). Использование популяций, отдельных видов, групп видов и растительных сообществ в целях индикации экологических условий – предмет изучения индикационной геоботаники, одного из первых направлений, получивших широкое развитие в биоиндикации.
Для обнаружения специфических загрязнений воздушного бассейна и для слежения за динамикой этого загрязнения возможно применение чувствительных видов растений и других организмов. К их числу относятся низшие растения, лишайники, грибы, многие высшие растения. Толерантные или индикаторные виды, а также их сообщества используются для характеристики почвенных условий, определения концентрации тяжелых металлов.
В качестве биотесторов, кроме растений, достаточно часто используются бактерии (особенно кишечная палочка), водоросли (в частности, хлорелла), низшие грибы, инфузории, низшие ракообразные, беззубки, личинки хирономид, рыб, земноводных и т. д.
Микробиология. Микроорганизмы быстро обнаруживают загрязнения как воды, так и почвы. Существуют микроорганизмы, особо чувствительные к некоторым веществам, другие принимают участие в распаде загрязнителей.
Зоология. Изучение отдельных видов, а также целых сообществ животных может стать источником сведений, касающихся накопления химических веществ в их теле. Индикаторные виды могут быть использованы для определения уровня токсичности в продуктах питания людей.
Клеточная биология и генетика. Превосходными биоиндикаторами являются клеточные и субклеточные (включая хромосомы) компоненты организма, адаптированные к определенным условиям. Уже имеются и еще будут выявлены многочисленные тест-системы in vivo и in vitro для кратковременного и долгосрочного слежения за изменениями природной среды.
Сравнительная физиология. Функциональные приспособления животных к изменениям в окружающей среде могут быть исследованы на экологическом, биохимическом, физиологическом и морфологическом уровнях и могут указывать на присутствие в ней загрязняющих веществ.
Гидробиология. Фауна и особенности распределения видов, чувствительных к качеству воды, могут указывать на состояние водного бассейна.
Круг объектов индикации в последние годы все больше расширяется. К ним относятся: индикация климата; геологического строения горных пород; тектонических движений; геоморфологических процессов; полезных ископаемых; грунтовых вод; типа, богатства, кислотности, засоления, увлажнения, механического состава и динамики почв; состояния и динамики растительности; пастбищной дигрессии; местообитаний животных; загрязнения воды, воздуха, почвы газообразными неорганическими соединениями, тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами, нефтепродуктами; мутагенных факторов; эрозионных процессов; состояния экосистем; ландшафтов; сельскохозяйственных земель; появления вредителей и болезней и др.
При активном мониторинге пытаются обнаружить прежде всего антропогенные стрессовые воздействия на тест – организмах, находящихся в стандартизированных условиях. При этом рекомендуется подвергать действию изучаемых факторов одновременно несколько видов растений или других организмов, различающихся по устойчивости к стрессорам, устанавливать особенности воздействия стрессоров в зависимости от их дозы.
Наибольшую ценность представляют биоиндикаторы, присутствующие на объекте индикации в большом количестве с высокой достоверностью, отличающиеся однородными свойствами, не требующие больших затрат для их выявления и получения достаточно точных и воспроизводимых результатов, имеющие диапазоны погрешностей по сравнению с другими методами не более 20 %. Преимущества живых индикаторов состоят в том, что они суммируют все биологически важные данные об окружающей среде, отражают ее состояние в целом, устраняют трудную задачу применения дорогостоящих и трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров, вскрывают скорость происходящих в природной среде изменений; указывают пути и места скопления в экологических системах различного рода загрязнений, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека, дают возможность контролировать действие многих синтезируемых человеком соединений; помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы.