Биоиндикация пресноводных экосистем с помощью ихтиофауны

Водные гидробионты служат обобщенным и надежным показателем степени экологического состояния водных экосистем. Оценка качества воды традиционными методами (на осно­ве определения предельно допустимых концентраций, ПДК) иногда затруднена в силу ряда причин: а) дороговизна методов; б) кумулятивность различных веществ; в) невозможность реально оценить воздействие полютантов без участия живого. Наиболее объективным критерием является состояние организма рыб на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях. В качестве тест - индикаторов используют личинок рыб так как: 1. эмбриональный период развития -наиболее чувствительный период в онтогенезе рыб к действию экстремальных факторов; 2. численность популяций рыб регулируется механизмами, действующими в раннем онтогенезе.

Идея биотестирования на степень токсичности отдельных веществ или их смесей, на рыбах путем регистрации того или иного биологического показателя, предложена в конце XIX века выдающимся российским ихтиологом О.А. Гримом. Им впервые выполнены эксперимен­тальные работы по определению токсического действия нефти на рыб р. Волги. В настоящее время методы биотестирования получили при­знание и широкое распространение. Водные гидробионты могут служить обоб­щенным и надежным показателем степени экологического состояния водных экосистем.

Для биологической оценки используется широкий арсенал различных методических подходов: иммунологический, генетический, биохимический, физиологический, морфологический, морфогенетический, патолого-анатомический, патолого-морфологический, патолого-гистологический и др. В использова­нии того или иного метода для оценки воздействия поллютантов на рыб имеются свои специфические особенности, поэтому кратко остановимся на некоторых из них.

Иммунологический метод основан на изучении иммунологической реактивности организма и является одним из чувствительных критериев при оценке влияния токсикантов на организм животного. Различного рода поллютанты приводят к перенапряжению, истощению и срыву со­гласованности функционирования отдельных звеньев иммунной систе­мы, к развитию иммунодефицита. Для оценки тяжести этих состояний современная иммунология использует различные наборы тестов (Мето­дические рекомендации ... 1988, 1989), но для рыб они не нашли широ­кого применения, поэтому чаще всего проводится анализ морфологии клеток крови. Применение иммунологического метода ограничивается рядом обстоятельств. Во-первых, все иммунологические методы явля­ются довольно трудоемкими, что не позволяет проводить обследование достаточно большого количества рыб. Во-вторых, до настоящего вре­мени полностью не изучены особенности функционирования иммунной системы рыб, активность которой в различные периоды годового цикла определяется внутренними ритмами жизнедеятельности (обусловлен­ными у половозрелых особей генеративными процессами) и условиями среды обитания: температурой воды и обеспеченности пищей.

Биохимический метод основан на оценке изменений в обмене ве­ществ рыб. Эти изменения наступают, как правило, до появления мор­фологических, физиологических и других отклонений от нормы. По мнению Ю.Г. Юровицкого и B.C. Сидорова, различные компо­ненты биохимического статуса специфически реагируют на изменения антропогенных факторов. Так, мембранные белки и фосфолипиды, бел­ковые аминокислоты с успехом могут использоваться в биохимическом мониторинге, потому что они заметно изменяют свою концентрацию лишь при сильной патологии или при экстремальных воздействиях фак­торов внешней среды. Одной из важнейших проблем, которая ограни­чивает использование биохимического метода для мониторинга экоси­стем, является выбор такой системы тестов, которая была бы не слиш­ком громоздкой и могла бы выполняться силами средней лаборатории. Соответственно, число исследованных биохимическим методом рыб не может быть достаточно большим.

Генетический метод биоиндикации основан на регистрации возни­кающих цитогенетических мутаций, в первую очередь хромосомных аномалий и контроля за их фенотипическими проявлениями и распро­странением в популяциях. Для этих целей чаще всего используется микроядерный тест кроветворных и половых клеток. Однако в использо­вании этого метода имеются некоторые сложности: цитогенетические исследования большинства рыб часто за­труднены из-за большого числа хромосом, их мелких размеров, а также низкой пролиферативной активности. Кроме того, уровень хромосом­ных мутаций зависит от пола животных и их половозрелости.

Физиологический метод биотестирования нашел широкое приме­нение только в экспериментальных работах, направленных на опреде­ление воздействия какого-либо одного или комплекса загрязнителей на организм рыбы. При этом все тесты основаны на визуальных наблюде­ниях и приборной регистрации одновременно нескольких показателей у одной представительной выборки объектов в следующей последова­тельности:

1 - устойчивость в естественном положении и продолжительность выживания при адекватной температуре и при достаточном содержании кислорода в сточной воде;

2 - слизиотделения, внешний вид, пигментация, окраска жабр, ко­жи и всех внутренних органов;

3 - стайность и поведение;

4 - движения соматической мускулатуры, жаберных крышек и плавников;

5 - выраженность аритмии в активности респираторного аппарата:

6 - частота вентиляции жабр, «кашель» и «глубина» дыхания:

7 - электрокардиограмма и частота сердечных сокращений;

8 - частота всплываний к поверхности воды и заглатывания воздуха (на объектах, которым присуще в норме эта реакция);

9 - подвижность и суммарная двигательная активность;

10 - реотаксис (на объектах, которым он присущ в норме);

11 - латентный период, направленность, выраженность и скорость локомоторных реакций на привычные или новые раздражители, чувст­вительность и устойчивость к ним;

12 - потребление кислорода и «остаточный кислород» ;

13 - продолжительность выживания при гипертермии, при полной аноксии и на воздухе;

14 - электролитный состав, осмоляльность сыворотки крови, ее электрические свойства, фракционный состав гемоглобина и другие гематологические показатели.

Однако, что для интегральной оценки состояния вод­ных экосистем вышеназванные методы не получили широкого распро­странения, что обусловлено рядом причин. Во-первых, необходимо специальное оборудование и подготовка рыб для процесса биотестиро­вания, что трудно сделать в полевых условиях и это ограничивает объем количества исследованных рыб. Во-вторых, нет четкого представления о «биологической норме» организма и биологических критериях ток­сичности. В-третьих, невозможно одновременно провести сбор мате­риала на обширных водных акваториях.

Морфологический метод основан на выявлении функциональных изменений в организме рыб, которые могут выражаться в нарушении экстерьерных индексов, количества позвонков и числа лучей в плавни­ках, формы и структуры ряда органов, нарушении цвета и местополо­жения полостного жира, появлении различного рода новообразований в некоторых органах и т.п. Широкое распространение получил также морфогенетический метод, который основан на выявлении фенодевиантов -морфологических аберраций у рыб, которые свидетельствуют как о нарушении гомеостаза развития, так и о наследственных нарушениях, вызванных влиянием поллютантов на генофонд популяции.

Отличительной чертой использования морфологического метода для интегральной оценки состояния водных экосистем является то, что он может использоваться в полевых условиях, так как не требует специ­ального оборудования и позволяет быстро выделить зоны антропогенного воздействия на отдельные участки экосистем.

К сожалению, морфологический метод обладает некоторыми недос­татками. Для оценки морфологических, морфофизиологических и патологоанатомических показателей используются взрослые рыбы. Поэтому ряд морфологических аномалий (окраска тела, печени, жира) связан с уровнем токсичности воды и может проявляться только лишь в отдель­ные сезоны года. Так, например, лещ из Куйбышевского водохранили­ща имеет не нормальную окраску печени лишь в летний период. Кроме того, некоторые морфологические аномалии являются летальными для рыб на ранних этапах развития и поэтому не регистрируются у взрослых особей.