Біоіндикація навколишнього середовища

2.1. Загальні принципи використання біоіндикаторів

Стан біологічної системи (організм, популяція, біоценоз) в тій чи іншій мірі характеризує вплив на неї природних або антропогенних факторів та умов середовища і може застосовуватися для їх оцінки.

Біоіндикатори (від bios – життя і лат. indico  - вказую, визначаю) - організми, присутність, кількість або особливості розвитку яких служать показниками природних процесів, умов або антропогенних змін середовища проживання. Їх індикаторна значимість визначається екологічною толерантністю біологічною системи. В межах зони толерантності організм здатні підтримувати свій гомеостаз. Будь-який чинник, якщо він виходить за межі «зони комфорту» для даного організму, являється стресовим. У цьому випадку організм реагує відповідною реакцією різної інтенсивності та тривалості, прояв котрої залежить від виду і є показником його індикаторної цінності. Саме у відповідь реакцію визначають методи біоіндикаціі. Біологічна система реагує на вплив середовища в цілому, а не тільки на окремі чинники, причому амплітуда коливань фізіологічної толерантності модифікується внутрішнім станом системи - умовами харчування, віком, генетично контрольованою стійкістю.

Багаторічний досвід вчених різних країн такого контролю стану навколишнього середовища показав переваги, які мають живі індикатори:

• в умовах хронічних антропогенних навантажень можуть реагувати навіть на відносно слабкі впливи внаслідок кумулятивного ефекту;

• реакції проявляються при накопиченні деяких критичних значень сумарних дозових навантажень;

• підсумовують вплив усіх без винятку біологічно важливих впливів і відображають стан навколишнього середовища вцілому, включаючи її забруднення та інші антропогенні зміни;

• виключають необхідність реєстрації хімічних і фізичних параметрів, що характеризують стан навколишнього середовища;

• фіксують швидкість змін, що відбуваються;

• розкривають тенденції розвитку природного середовища;

• вказують шляхи та місця скупчень в екологічних системах різного роду забруднень і отрут, можливі шляхи їх потрапляння в їжу людини;

• дозволяють судити про ступінь шкідливості будь-яких синтезованих людиною речовин для живої природи і для нього самого, причому дають можливість контролювати їх дію.

Виділяють дві форми відповіді живих організмів, використовуваних з метою біоіндикації, - специфічну і неспецифічну. У першому випадку відбуваються зміни пов'язані з дією одного будь-якого фактора. При неспецифічній біоіндікації різні антропогенні фактори викликають однакові реакції.

Залежно від типу відповідної реакції біоіндикатори поділяють на чутливі і кумулятивні. Чутливі біоіндикатори реагують на стрес значним відхиленням від життєвих норм, а кумулятивні накопичують антропогенний вплив, значно перевищуючий нормальний рівень в природі, без видимих змін. В якості біоіндикаторів можуть бути використані представники всіх «царств» живої природи. Для біоіндикації не придатні організми, пошкоджені хворобами, шкідниками чи паразитами. Ідеальний біологічний індикатор повинен відповідать ряду вимог:

• бути типовим для даних умов;

• мати високу чисельність в досліджуваному екотопі;

• мешкати в даному місці протягом ряду років, що дає можливість простежити динаміку забруднення;

• перебувати в умовах, зручних для відбору проб;

• давати можливість проводити прямі аналізи без попереднього концентрування проб; • характеризуватися позитивною кореляцією між концентрацією забруднюючих речовин в організмі-індикаторі і об'єкті дослідження;

• використовуватися в природних умовах його існування;

• мати короткий період онтогенезу, щоб була можливість відстеження впливу фактора на наступні покоління.

Відповідна реакція біоіндикаторів на певний фізичний або хімічний вплив повинна бути чітко виражена, тобто специфічна, легко реєструватися візуально або за допомогою приладів.

При виборі індикатора необхідно брати до уваги міркування економії і враховувати характер використання тих чи інших організмів. Наприклад, широко поширені на досліджуваній території і не занесені до «Червоної книги».

На рівні популяції біоіндикація проводиться в тому випадку, якщо процес поширення негативних змін охоплює таку кількість особин, при якому помітно скорочується чисельність популяції, змінюється її статевовікова структура, скорочується тривалість життя, відбувається зрушення фенологічних фаз та ін..

Екосистемний підхід до оцінки середовища дає можливість ранньої діагностики її змін. Сигналом тривоги служить розбалансування продукційно-деструкційних процесів. Діагностичними ознаками таких зрушень є, наприклад, на-накопичення органічної речовини, замулення, заростання водойм, посилений розвиток мікроорганізмів.

Як об'єкти для біоіндикації застосовуються різноманітні організми – бактерії, водорості, вищі рослини, безхребетні тварини, ссавці. Для гарантованого виявивлення присутності в природних середовищах токсичного агента невідомого хімічного складу, як правило, використовується набір об'єктів, що представляють різні групи угрупувань. З введенням кожного додаткового об'єкта ефективність схеми випробувань підвищується, проте немає сенсу нескінченно розширювати асортимент обов'язкових об'єктів для використання в такій оцінці.

Для біоіндикації необхідно обирати найбільш чутливі угрупування, що характеризуються максимальними швидкістю відгуку і виразністю параметрів. Наприклад, у водних екосистемах найбільш чутливими є планктонні організми, які швидко реагують на зміну середовища завдяки короткому життєвому циклу і високою швидкості відтворення. Бентосні угрупування, де організми мають достатньо довгий життєвий цикл, більш консервативні: зміни в них відбуваються при тривалому хронічному забрудненні, що приводить до незворотності процесів.

До методів біоіндикації, які можна застосовувати при дослідженні екосистеми, належить виявлення в досліджуваній зоні рідкісних і зникаючих видів. Список таких організмів, по суті, є набором індикаторних видів, найбільш чутливих до антропогенного впливу.

І – тип ІІ – тип ІІІ – тип

IV – тип V – тип VI – тип

Рис. Графічне зображення типів чутливості біоіндикаторів