Лекция 9-10 Биологические методы контроля

Экотоксикология, как уже было отмечено, ис­пользует весь арсенал химико-аналитических методов, пригод­ных для обнаружения и количественного определения микро­примесей токсикантов в объектах природной и окружающей человека среды. Однако специфическими для этой науки явля­ются биологические методы исследования - биоиндикация и биотестирование.

Традиционные химико-аналитические методы дают как бы "моментальный снимок" картины загрязненности определен­ных объектов (вода, почва, донные отложения и т. д.) конкрет­ными токсикантами. Однако они не могут отразить состояние экосистемы в целом. Последствием антропогенного воздействия на природные экосистемы являются нарушения структурного и функционального характера: изменение средней биомассы вхо­дящих в них популяций, уменьшение числа высших таксонов, замена доминирующих видов, появление новых форм, наруше­ние соотношения процессов продукции и деструкции органиче­ского вещества, изменение потоков энергии в экосистеме.

Химические методы исследования, в принципе, не предна­значены для индикации таких изменений. Более того, на осно­вании одной только химико-аналитической информации можно усмотреть экотоксикологические проблемы там, где их на са­мом деле нет. Например, в почвах некоторых регионов отмеча­ется повышенное содержание мышьяка. В результате различ­ных биотических и абиотических процессов этот токсикант пе­реходит в подвижные формы, становится биодоступным и распространяется по пищевым цепочкам. Однако сложившиеся в этих регионах сообщества низших и высших растений и жи­вотных не страдают от этого. Между тем поступление равно­ценных количеств мышьяка из антропогенных источников в другие экосистемы может оказаться для них крайне неблаго­приятным.

Отличительной чертой метода биоиндикации является то, что на основании получаемой с ее помощью информации можно судить об особенностях окружающей среды и о происходящих в ней изменениях. Приемы биоиндикации используются челове­ком издавна. Достаточно вспомнить, что в районах повышенной сейсмической активности поведение животных помогает пред­сказать надвигающееся землетрясение. Или другой пример: обилие в травостое конского щавеля свиде­тельствует о кислом характере почв.

В качестве биоиндикатора обычно выступает определенный биологический вид или сообщество видов, по наличию, поведе­нию или состоянию которого судят об особенностях среды оби­тания и происходящих в ней естественных или антропогенных изменениях. Биоиндикатор может служить для обнаружения и определения концентраций загрязняющих компонентов. В этом случае оценку загрязненности среды обитания (и биодоступности токсикантов) осуществляют по отклику организмов, выражаю­щемуся в определенных физиологических реакциях, а также в накоплении экотоксикантов в отдельных тканях и органах. Спо­собность к бионакоплению индикаторными организмами загряз­няющих компонентов облегчает также их определение в объек­тах природной среды традиционными методами аналитической химии: рациональнее определять липофильный токсикант (на­пример, диметилртуть или ТХДД), присутствующий в водной экосистеме в ультрамалых количествах, анализируя не саму во­ду, а жировую ткань хищной рыбы, находящейся на одном из высших трофических уровней этой экосистемы.

Сейчас выявлены многие виды растений и животных, изби­рательно накапливающие в отношениях 1 : 10⁴ - 1 : 10⁶ из ок­ружающей среды микроэлементы и отдельные классы органи­ческих экотоксикантов. Если величины Вс^ достоверно опреде­лены, то при инструментальном химическом анализе тканей таких индикаторных видов можно снизить порог обнаружения в объектах окружающей среды на четыре-шесть порядков вели­чины. Немногие современные химико-аналитические методы обес­печивают чувствительность определения (например, хлорорганических суперэкотоксикантов) на уровне 10^~15 %. Между тем суще­ствует объективная необходимость снижения порога обнаружения именно до таких значений концентраций, поскольку ультрама­лые количества многих экотоксикантов при хроническом воз­действии приводят к достоверно диагностируемой патологии в опытах на лабораторных животных.

Считается, что индикаторный организм становится монито­ром, если может служить как для качественной характеристи­ки, так и для количественной оценки состояния среды оби­тания или экосистемы. Например, молодые растения табака очень чувствительны к присутствию в воз­духе фотооксидантов - озона и органических пероксидов. По­скольку легко регистрируемое изменение пигментации листьев вследствие их некротизации линейно зависит от содержания в воздухе этих токсикантов, то использование растения табака позволяет делать вывод о возникновении и степени тяжести "смоговой ситуации". На использовании таких индикаторных организмов основан биомониторинг.

В широком понимании мониторинг - это слежение за ка­ким-либо объектом или явлением. Под экологическим мониторингом в настоящее время понимают комплексную систему наблюдения оценки и прогноза изменений в природной среде под влиянием антропогенных воздействий с целью предотвращения возникновения критических ситуаций. Биомониторинг являет­ся составной частью мониторинга экологического и осуществляется путем слежения за откликом биологических объектов (организм, популяция, сообщество организмов разных видов) на природные и антропогенные воздействия. Откликом может слу­жить изменение метаболизма, заболеваемость, изменение мно­голетней динамики численности популяции, деструкция биоце­ноза и др.

Биологические индикаторы могут быть разделены на две группы: биоиндикаторы уровней загрязнения и биоиндикаторы состояния экосистемы. Первые представляют собой организмы-концентраторы; с их помощью определяют содержание экоток-сикантов в объектах природной и окружающей человека среды. Таким образом, выявление биоконцентраторов служит в пер­вую очередь решению экоаналитических задач. Биоиндикато­ры состояния наиболее полно и прямо соответствуют конеч­ным задачам экологического мониторинга.