1.3Биоиндикация как средство контроля состояния окружающей среды

От загрязнения воздуха страдают животные, растения и сами люди. Следует иметь в виду, что человек и животное адаптированы к содержанию в воздухе примерно 21% (по объему) кислорода, в то время как растения с их ассимиляционным аппаратом приспособлены к значительно более низким концентрациям в атмосфере углекислого газа – порядка 0,03 (по объему), и потому более чувствительны к концентрациям вредных веществ в воздухе.

По этой причине растения особенно пригодны для обнаружения начальных вредных изменений в составе воздуха биосферы и им придается особое значение как биоиндикаторам атмосферного загрязнения.

Возможность получить интегральную характеристику качества среды, находящейся под воздействием всего многообразия физических, химических и других факторов, дают только биологические методы, так как именно живые организмы несут наибольшее количество информации об окружающей их среде обитания [47]. Теоретические основы универсальной системы интегральной оценки состояния экосистем разработаны и апробированы ведущими учеными-биологами России и Мира [16,28]. В системы положен новый взгляд на оценку качества среды, разрабатываем под руководством д-ра биол. наук, чл.-корр. РАН В.М. Захарова в Институте биологии развития РАН и Международным фондом «Биотест» и рекомендуемый Центром экологической политики России (Председатель чл.-корр. РАН А.В. Яблоков) [17].

С целью развития и практического использования методологии интегральной биологической оценки качества среды с 1989 г. работала Международная программа «Биотест», продолжателем и основным разработчиком этой программы в России стал Центр экологической политики России, в Москве.

Суть метода заключается в определении и анализе ответной реакции "здоровья" растений и мелких животных, постоянно проживающих на исследуемой местности, на условия существования; т.е. местообитание живых организмов (в том числе и людей) оценивается с точки зрения благоприятности для их жизни и развития. Определить таким же способом воздействие неблагоприятных факторов какой-либо местности непосредственно на человека невозможно, так как жизнь человека не ограничивается рамками одного района [28].

Особенностью этой методологии является то, что главным объектом биомониторинга оказывается состояние живого организма, надежное определение которого может быть получено лишь на популяционном уровне.

Критерием оценки воздействия неблагоприятных факторов среды служит степень отклонения билатерально-симметричных живых организмов от показателей, характерных для здоровых особей. При анализе комплекса морфологических признаков лучше использовать интегральные показатели стабильности развития.

Интегральным показателем стабильности развития для комплекса меристических признаков является средняя частота асимметричного проявления на признак. Этот показатель рассчитывается как средняя арифметическая числа асимметричных признаков у каждой особи, отнесенная к числу используемых признаков [19].

Стабильность развития как способность организма к развитию без нарушений и ошибок является чувствительным индикатором состояния растительности. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии морфологических ишаков. Пожалуй, из всего многообразия известных методов биоиндикационных исследований (оценка биоразнообразия, бактериологические, биохимические, биоэнергетические методы и пр.), метод анализа флуктуирующей асимметрии наиболее полно отвечает необходимым критериям [47] при используемом морфогенетическом подходе оценивается стабильность развития (гомеостаз). Снижение его эффективности приводит к появлению отклонений от нормального строения различных морфологических признаков, обусловленных нарушениями развития.

Состояние природных популяций билатерально симметричных организмов оценивается на основе анализа флуктуирующей асимметрии, характеризующей мелкие ненаправленные нарушения гомеостаза развития и являющейся ответом организма на состояние окружающей среды [36]. Симметрия, как вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в единое целое, является одним из наиболее общих и широких понятий. Анализом форм реализации симметрии у живых объектов занимались такие корифеи науки, как В.И. Вернадский, Рапопорт, Н.В. Тимофеев-Рессовский, Б.Л. Астауров . Оценивалось и философское значение биологической симметрии Никонов; Петухов, и общебиологическое значение на разных уровнях организации.

Из литературы известно, что возникновение билатеральной симметрии (зеркальной, симметрии левого и правого) является важным эволюционным достижением, раскрывающим большие возможности для дифференцировки организма [21]. Поскольку в природе строение живых тел не бывает совершенным, естественно, встречаются и самые различные, как направленные, так и случайные, отклонения от билатеральной симметрии (асимметрия).

Флуктуирующая асимметрия является следствием несовершенства онтогенетических процессов и неспособности организмов развиваться по точно определенным путям. По феноменологии она представляет собой небольшие ненаправленные отклонения живых организмов от строгой билатеральной симметрии [24]. При этом различия между сторонами не являются строго генетически детерминированным и, следовательно, зависят, в основном, от внешних условий.

Флуктуирующая асимметрия (в отличие от др. типов асимметрии) не имеет самостоятельного адаптивного значения, а является выражением незначительных ненаправленных нарушений симметрии, которые находятся в пределах определенного люфта, допускаемого естественным отбором, и не оказывают ощутимого влияния на жизнеспособность. Такое положение является вполне естественным, т.к. значительные различия между сторонами могут иметь место в природе лишь в том случае, если они носят приспособительный характер [48].

Флуктуирующая асимметрия отмечается и в тех случаях, когда в проявлении признака имеет место и направленная асимметрия, при которой как различие между сторонами, так и его направление генетически детерминировано. В этих случаях флуктуирующая асимметрия является отклонением от определенной средней асимметрии [29].

Явлениями флуктуирующей асимметрии охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных видов живых организмов. Все исследованные признаки обнаружили флуктуирующую асимметрию [21]. Даже для тех структур, которые при общем поверхностном анализе могут быть оценены как полностью симметричные, при более тщательном рассмотрении выявляется та или иная степень выраженности флуктуирующей асимметрии.

Оценка последствий антропогенного воздействия предполагает сравнение модельных площадок, выделенных на территориях с разной степенью антропогенного воздействия, либо путем сравнения выборок с одной и той же площадки, собранных в разное время для выявления возможного ухудшения или улучшения состояния организма.

Как показывает практика проведения таких оценок, при этом возможно выявление последствий различных видов антропогенных воздействий, а также комплексного воздействия [15].

Крайне важной особенностью подхода является то, что оценки, получаемые для различных видов, оказываются сходными, что открывает возможность для характеристики здоровья экосистемы по состоянию составляющих ее видов [47].

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 водоемких 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 [39].