Жива планета Дослідження вчених Живі індикатори забруднень природи
Нас читає весь світ:
Хто онлайн:
Хмара тегів
Найпопулярніше
Ваші закладки
Живі індикатори забруднень природи.
Захист навколишнього середовища від промислових забруднень - "тема століття". Це питання не хвилює зараз хіба що тих, хто не уявляє, наскільки забруднення небезпечні для здоров'я планети.
Щоб поставити їм надійний заслін, необхідний чіткий контроль стану навколишнього середовища, потрібні прилади, які вчасно підкажуть нам про зрушення екологічної рівноваги в природі.
Фізики та хіміки створили зараз найдосконаліші аналітичні прилади. Багато хто з них швидко оцінює, скільки тієї чи іншої речовини в повітрі, у воді або в грунті точно визначають концентрацію. Але з екологічної точки зору все це мало може сказати про майбутній стан живої спільноти, тут важливий біологічний ефект забруднення. Звісно, провести такий контроль можна лише за допомогою «живих приладів» — самих організмів, які реагують на наявність шкідливих речовин. І можливості застосування таких живих приладів найширші.
Біотестуванням люди користувалися з давніх-давен. Шахтарі, наприклад, брали у свої забої клітини з канарками, які починали виявляти занепокоєння за перших ознак появи отруйних рудничних газів, коли люди ще нічого не відчували. Тепер порівняйте величезний газоаналізатор безперервної дії з автоматичним керуванням та маленьку канарку, які однаково справляються зі своїм завданням. Крім того, біологічний прилад сам себе відтворює та «ремонтує».
Забруднення бувають часто настільки складні, що ніякі побудовані руками людини прилади не зможуть визначити шкідливість цієї «каші». Адже у стічних водахзустрічаються сотні, котрий іноді тисячі різних сполук. Отут і виручать тестоб'єкти: живі прилади, організми-індикатори. Різні види живих істот самі показують, чим начинено довкілля. При забрудненні води та ґрунтів у них виживають лише ті види, які можуть винести присутність високих концентрацій тих чи інших хімічних сполук.
Не тільки великі живі істоти, а й мікроскопічний світ може багато підказати екологу про небезпеку забруднення, що насувається.
Виявляється, наші живі прилади мають таку особливість, яку не зустрінеш у їхніх металевих колег: на певних стадіях розвитку чутливість до шкідливих речовин у організмів може зростати в тисячі, а іноді й у мільйони разів. Такі стадії найчастіше зустрічаються в ембріональному періоді, і вони називаються критичними. Тому токсикологу, який користується живими приладами, буквально треба ловити ці проміжки часу, адже критичні стадії тривають іноді кілька годин.
З рослин найзручніше взяти одноклітинні водорості: хлореллу і сценедесмус, відому всім ряску, що покриває влітку іноді всю поверхню маленьких водойм. Як живі прилади використовують планктонних ракоподібних, найчастіше дафній, якими буквально кишать усі наші ставки, а з великих донних тварин, що харчуються рослинною їжею, молюсків ставків. І, нарешті, риб на різних стадіях розвитку. Найкраще брати промислових, адже саме їх потрібно захищати від шкідливих речовин. Дуже чутлива до токсикантів форель.
Досить простий прийом, за допомогою якого досліджують токсичність води, - «рибна проба». Найбільш чутливих до шкідливих речовин риб - окунів, йоржів, форелей, щук, минь і судаків - поміщають у сітчастому садку безпосередньо врічку та ведуть за ними спостереження. Або ж ставлять досліди в акваріумах, заповнених чистою водою для контролю та водою з водойми.
На багатьох технологічних лініях промисловості, де йде випуск стічних вод, вже поставлені акваріуми з рибками.
Вчені та конструктори пішли далі в цьому питанні, застосовуючи прилади, що реєструють поведінку риб та їх фізіологічні показники. Деякі з цих біотестуючих установок вийшли дуже оригінальними. Прикладом може служити довгий лоток, поставлений на виході стічних вод очищених, з поміщеними в нього форелями. Форель зазвичай тримається проти течії біля припливу, тобто там, де вода, що досліджується, втікає в лоток. Як тільки порушується технологічний процес на лінії або в очисних спорудах та у воді з'являється домішка шкідливих речовин, риби йдуть у протилежний кінець лотка, де знаходяться фотоелементи, з'єднані із системою сигналізації. Своїм тілом риби, що скупчилися, перекривають промені світла, і слідом за цим слідує сигнал тривоги.
Чи можуть риби кашляти? Виявляється, можуть. Але «кашель» їх не що інше, як прагнення очистити зябра від різних забруднень. «Кашель» риб давно був відомий і фахівцям-іхтіологам, і любителям-акваріумістам, проте нікому не спадало на думку використовувати його в біотестуванні забруднення води. Сьогодні вже є промислові системи, які автоматично реєструють «кашель» риб, його частоту та подають сигнал тривоги, якщо забруднення перевищує встановлені норми.
Так як райдужна форель має надзвичайно гострий «нюх», вчені вирішили створити щосьна кшталт риби-шукачі. В нюхові області мозку форелі вживили електроди і з'єднали їх з мініатюрним передавачем, прикріпленим до голови риби. Сигнали, що передаються від риби, реєструвалися приймачем, розташованим на березі. Щоправда, їх розшифровки знадобилася ЕОМ. Натомість форель точно повідомляла про присутність у воді шкідливих домішок, про їхню концентрацію та про місце, де проведено аналіз. Симбіоз надчутливих живих датчиків та електронних аналізаторів, можливо, і є основою приладобудування майбутнього.
Часто доводиться не просто досліджувати забруднення окремих проб, а постійно стежити за станом води у водоймі. Які ж живі системи можуть вести цей невсипущий контроль, який називають моніторингом?
Такі істоти знайшлися. Ними виявилися двостулкові молюски. Хто не стикався з перловицями або з беззубками, блукаючи щиколоткою у воді дном маленької піщаної річки? Ось вони повільно бороздять дно, залишаючи за собою довгий прокреслений слід. Вийміть двостулку з води, вона швидко зімкне стулки, і як їх важко розкрити, швидше раковина лусне в наших пальцях, ніж стулки розкриються!
Цей організм і буде основною деталлю у пристрої, який ми зараз розглянемо. Одну стулку перловиці можна зафіксувати, і все одно перловиця мало страждатиме, адже вода, що протікає повз, приносить їй кисень і їжу. До другої, вільної стулки можна приробити важіль або штангу, і тоді силою своїх м'язів перловиця включатиме і вимикатиме сигналізуючу систему. Залишається тільки сказати, що молюск віддає перевагу чистій воді, і, як тільки в воді, що протікає повз, з'явиться шкідливе забруднення, він відразу змикає свої стулки.
Живі індикатори можуть розповісти нам багато чого: де накопичуються шкідливі речовини, як вони впливають наекосистему в цілому і яка швидкість змін, що відбуваються. Хімічний та фізичний аналізи можуть відповісти, у яких концентраціях накопичуються речовини, що шкодять живим спільнотам, але про подальший хід забруднення та про його біологічні наслідки такий аналіз нічого не скаже. На допомогу тут можуть прийти лише живі прилади.
Хто не бачив лишайників, що зеленою бородою звисають із дрімучих дерев? Але все менше і менше стає їх у наших лісах. Це ознака забруднення повітря. Зникають у підмосковних лісах та мурашники. Причина у тому, що дедалі більше людей відвідує ліс, а й у забрудненні довкілля. Не люблять жити мурахи і в забрудненій атмосфері, і з появою пестицидів у грунті. Першими з таких місць йдуть великі руді мурахи. З капелюшними грибами відбувається схожа історія. З одного боку — їхня врожайність знижується від неправильного збору — багато хто ще вириває ніжку з грибницею, проте й забруднення роблять свій внесок. Такі цінні гриби, як білі, подосиновики та підберезники, також є індикаторами забруднення навколишнього середовища. Вони не витримують забруднення, тому й урожайність їхня знизилася за останні роки на 50 відсотків. У систему організмів-індикаторів включають найрізноманітніші групи, тут можна знайти і мокриць, і дощових хробаків, і навіть найпростіших грунтових. Але це не означає, що екологи оминають великих хребетних тварин. Наприклад, словацькі дослідники пропонують як вид-індикатор використовувати зайця-русака. Виявляється, промислові забруднення далеко не байдужі для зайців. Зайці швидко реагують на головні токсичні речовини в середовищі: з'являються зміни в крові, накопичуються вовни важкі метали. Аналіз вовни одразу покаже, які метали стали головними забруднювачами.При сильному забрудненні зростання зайців уповільнюється, й у популяції збільшується кількість самок.
Можна з успіхом використовувати як живі індикатори також дрібні гризуни. Для цього підходять полівки, лісові миші. Забруднення на суші визначають не лише за окремими видами, а й за цілими спільнотами. Розробляється аерокосмічний моніторинг природоохоронних екосистем. Зі супутників можна стежити за станом рослинності, ґрунтів та зміною живих угруповань під впливом людини. Тільки в цьому випадку живим приладом служить вже не окрема рослина або навіть їх група, а екосистема, що відображає світло в цілому, наприклад тундра, ліс, пасовища.
Дуже складні за складом видів наземні біоценози. Тут у кожному регіоні доводиться виділяти свої види-індикатори та біоценози, характерні для охоронних зон. Усе це створює труднощі під час створення єдиної системи організмів-індикаторів кожної зони забруднення наземних систем.
Дещо по-іншому справа з прісноводними біоценозами. Майже у всіх таких водоймах зустрічаються види, здатні жити за певного забруднення. Це дозволило створити шкалу сапробності, тобто ступеня забрудненості окремих водойм, у яких здатні жити певні організми. Все забруднення вод за шкалою сапробності поділяється на 4 зони.
Навіть у найбруднішій воді, що огидно пахне, є життя.
Якщо вода трохи чистіша, але в ній є ще аміак, вона пахне сірководнем, то тут вже є і кисень. За рахунок роботи бактерій і населення водоймища органічна речовина у воді ще більше мінералізується і вода переходить в наступну зону забрудненості. Ця зона найбільш знайома людині, адже різноманітні ставки, водосховища, що використовуються не для питних цілей, мають таку забрудненість. Уцій воді незначна кількість сірководню, зате вода насичена киснем. Видова різноманітність організмів-індикаторів у цій зоні вища, ніж в інших зонах. З водоростей найчастіше зустрічаються діатомові та зелені. Наприклад, відома всім хлорелла або нитчасті водорості, що утворюють тин. У цих водах вже зустрічаються квіткові рослини, а також ракоподібні та риби.
Остання зона – зона найчистішої води. Бактерій тут мало, видів тварин та рослин багато, але кількість особин кожного виду невелика.
Однак в даний час, коли у водоймища приплив стічних вод з промисловими токсичними речовинами посилився, недостатньо для оцінки забруднення однієї шкали сапробності. Вчені вважають, що настав час розробки трьох шкал, які дозволили б оцінити рівень забруднення води за допомогою живих індикаторів. Гідробіологи і не очікували, що на їхньому шляху зустрінеться таке важке завдання.
Чи знайдуть біологи вірні шляхи застосування живих індикаторів визначення забруднення чи кинуть всі сили розробці систем біотестування, підкаже майбутнє.