Состояние проблемы биодиагностики водоемов: теоретический анализ

Проблема защиты окружающей среды от негативных аспектов существования человечества в наше время стоит весьма остро. И для успешного осуществления природоохранной деятельности необходимы эффективные методы экологической диагностики.

Биологические объекты являются идеальными системами, состояние которых адекватно отражает состояние окружающей среды.

Под биологическими объектами понимаются любые биологические системы на различных уровнях организации живой материи (молекулы органических веществ, клетки, ткани, органы, организмы, популяции, виды, группировки, сообщества организмов).

При этом в целях биодиагностики используются генетические, биохимические и физиологические признаки. Это могут быть нарушения хромосом, биомембран, органелл, метаболизма, активности ферментов и гормонов. Кроме того, это различные морфологические, анатомические, биоритмические и поведенческие отклонения.

Важным критерием при отборе как организмов-индикаторов, так и их диагностических признаков является специфичность. Изменения в окружающей среде вызывают отклик в виде изменений определенного параметра этих организмов.

На этом основаны методы биоиндикации и биотестирования, широко применяющиеся в деятельности по управлению природопользованием – экологической экспертизе, ОВОС и т.д. Реакции на токсиканты таких организмов как гуппи (Poecilia reticulata) прекрасно изучены и

Перегудов Дмитрий Николаевич, аспирант кафедры экологии, природопользования и биотехнологии Тольяттинского государственного университета.

активно применяются в биодиагностике. Вместе с тем, индикационный потенциал многих других видов (и их параметров) известен недостаточно.

Еще не был выявлен индикатор, выявляющий присутствие определенных загрязнителей в водоемах с должной точностью.

Таким образом, задача поиска эффективной системы индикации экологического состояния окружающей среды все еще остро стоит перед наукой и практикой.

• 2.    ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Был проведен анализ различных источников в области биодиагностики водоемов. Ниже приведены представляющие наибольший интерес в контексте биодиагностики научные работы. Они сгруппированы по индикационным параметрам, принимавшимся во внимание авторами.

Морфологические параметры

Наблюдения за рачками рода Artemia в озере Медвежьем, проведенные Е.Г. Бойко.

Artemia относятся к отряду жаброногов (Anostraca).

Такие ракообразные, как Artemia salina могут жить в водоемах с разной соленостью – от достигающих 300‰ до почти пресных. В зависимости от солености местообитания, варьирует форма их тела.

Исследования A. salina, проведенные авторами в 2008 г., показали корреляцию между морфометрическими признаками жаброногов и минерализацией озера Медвежьего (варьировавшей в течение года).

Этими признаками была длина фурки и вооруженность ее щетинками, длина тела, длина и ширина абдомена, расстояние между глазами, отношение длины тела к длине абдомена.

Эти морфометрические отличия могут быть использованы для биодиагностики (уровня ми- нерализации воды, в данном случае) [3].

Таким образом, A. salina реагируют на состояние окружающей их среды изменением своей морфологии. Подобные реакции есть и у ветвистоусых ракообразных (Cladocera). Например, явление цикломорфоза - сезонной морфометрической изменчивости.

Он представляет собой смену отличающихся друг от друга последовательных поколений в связи с сезонными различиями условий (температуры и плотности воды, присутствия хищников, токсикантов и др.).

Отличия связаны с изменением формы тела (появлением шлемообразного выступа на голове) и его длины.

Такие модификации дафний именуются сезонными морфами, и иногда ошибочно принимаются за новые виды.

В статье С.И. Питулько и В.М. Корзуна показана связь проявления морфологических изменений у Daphnia galeata и D. hyaline и плотность популяции Leptodora kindtii – хищной кладоцеры. Морфы, обладающие шлемообразной головой и более длинной задней иглой, менее доступны для хищника [8].

Это явление характерно не только для кладоцер, но и для других зоопланктеров – коловраток (Rotatoria).

Вариации морфометрических параметров Daphnia в водоемах с присутствием/отсутстви-ем хищников были рассмотрены в статье D.L. Fisk и других. Методами отбора и сравнения проб, а также экспериментальных исследований авторами была установлена корреляция [14].

Биоиндикационные свойства Daphnia magna в водоемах, загрязненных отходами скотобоен были изучены L.S.S. Barros и другими авторами. Результаты их исследований показали увеличение смертности ракообразных в водах с птицефабрик и свиноферм Сан-Паулу, Бразилия [13].

Морфометрические параметры различных биоиндикаторов в Куйбышевском и Саратовском водохранилищах рассмотрены в работах [23, 26-28].

Физиологические параметры

Интерес представляют исследования К.В. Кулагиной. Была выявлена зависимость частоты сокращений сердца у Daphnia magna от концентрации пестицидов [6].

В статье Е.И. Сарапульцевой и коллектива авторов рассматриваются эффекты радиационного y-облучения тех же D. magna. Анализировалась летальность, фертильность и частота сердцебиения [9].

Изменения параметра частоты сердцебиения кладоцер использовалось также в исследовани- ях А.Д. Усанова. В его статье рассматривалось воздействие магнитных полей низкой интенсивности – существенного фактора в антропогенно видоизмененных экосистемах.

Выживаемость

В работе А.А. Александровой отмечено, что выживаемость дафний в культуре зависит не от времени года, а от качества воды. Плодовитость же имеет сезонные вариации [1].

Экологические параметры

Статья Е.И. Беккер рассматривает вариации структуры зоопланктонных сообществ старичных водоемов г. Пензы.

Проведенные с мая по сентябрь 2005 г. исследования показали зависимость видового состава и других показателей зоопланктоценозов от гидрографических характеристик водоемов – температурного режима, проточности, степени зарастания и т.д. [2].

В этой связи интерес представляет и исследование зоопланктона и других гидробионтов малых рек Пензенской области, представленное в статье Т.Г. Стойко и коллектива авторов. Видовой состав рек Ардым, Елань и Пенза насчитывает, помимо прочего, 40 видов зоопланктеров. Также был проведен анализ условий среды этих водоемов [10].

В статье Ю.Л. Герасимова и Н.Г. Тарасовой рассмотрено сообщество беспозвоночных пруда, обладающего (несмотря на такие особенности, как бетонированное ложе и слабое развитие макрофитов) немалым видовым разнообразием (не менее 59 видов коловраток и ракообразных) [4].

Исследования трофической структуры зоо-планктоценозов также не были обойдены вниманием. В работе О.Н. Кононовой, например, представлены результаты изучения планктеров пойменных озер бассейна среднего течения р. Вычегда [5].

В частности, среди зоопланктонных организмов были выделены фильтраторы, факультативные и облигатные хищники.

Влияние позвоночных и беспозвоночных хищников на особенности популяций и отдельных особей кладоцер рода Daphnia исследовалось M. Manca и коллективом авторов.

Согласно полученным ими данным, хищная ихтиофауна оказывает эффекты в виде снижения плодовитости, пропорцию взрослых особей в популяции, а также средние размеры. С другой стороны, беспозвоночные хищники способствуют снижению пропорции ювенильных особей [17].

Само по себе это является прекрасным образцом воздействия факторов среды (биотических, в данном случае) на различные параметры план-ктеров – в том числе и морфометрические.

Воздействие на Daphnia продуктов неконтролируемого размножения цианобактерий на примере Балтийского моря изучалось M. Lotocka. Итоги исследований показали подавление способности кладоцер к питанию. Был использован параметр заполненности кишечника, выявляемый с помощью оптического микроскопа [16].

В статье Р.А. Тарасовой и др. представлена блок-схема влияния различных факторов среды на популяцию Calanipeda Aquae-Dulcis. Она позволила анализировать комплексное воздействие разнообразных абиотических факторов среды на биосистему [11].

Кроме того, в статьях Ф.М. Шакировой с коллективом авторов и Е.М. Куриной [7] была рассмотрена актуальнейшая для современных водоемов (в том числе реки Волги) проблема биоинвазий – внесение в экосистемы чуждых для них видов.

За период 2006-2009 гг. в Саратовском водохранилище, к примеру, было зафиксировано около 25 видов-вселенцев. Преимущественно, это эврифаги, мало зависящие от кормовой базы. Пришельцы вытесняют автохтонные виды, нарушая функционирование биоценозов и подрывая видовое разнообразие.

В статье [15] описывается обнаружение прежде характерной только для экосистем Старого Света кладоцеры Daphnia lumholtzi в пресных водоемах Северной Америки. Последствия этой инвазии для экосистем могут быть самыми негативными.

В работах [18-20, 22, 24-28] описываются подходы к экологическому мониторингу (в том числе водных экосистем) и к использованию программного обеспечения для задач экологического мониторинга.

• 3.    ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рассмотренных в данной статье работах были представлены разнообразные параметры – морфологические, физиологические, экологические и пр. Чаще всего во внимание принималось состояние планктонных биоценозов и популяций отдельных видов-индикаторов. Не было отмечено, к примеру, попыток систематически изучить значение морфологических параметров зоопланктеров для диагностики степени антропогенной нагрузки на пресноводные экосистемы.

Можно сделать вывод, что изучение организмов-индикаторов антропогенного воздействия на водоемы в настоящий момент нельзя назвать достаточно полным. Необходима дальнейшая работа в этом направлении – поиск новых видов-индикаторов и их индикационных параметров.