Экологические основы биоиндикации

Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем называют биоиндикацией (лат. — indicare — указывать).

В соответствии с этим организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами.

В настоящее время при оценке состояния окружающей среды ведущая роль отводится физическим и химическим методам экологического контроля. Их сущность сводится к сравнению загрязнения отдельных компонентов природных комплексов с ПДК или ПДУ. Однако существующие системы нормативов не обеспечивают экологическую безопасность экосистем - состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий - и чаще носят антропоцентрический характер. Поэтому действующая сегодня в практике природопользования регламентация антропогенного воздействия на природную среду приводит к тому, что экосистема даже в идеальных случаях контроля часто подвергается чрезмерным нагрузкам. Хотя при выявлении загрязненных зон аналитическая концепция может рассматриваться как высокоинформативная, в практике более широкомасштабных исследований - оценки экологического состояния среды - она имеет ряд недостатков. Кроме указанного выше, а также высокой стоимости получения репрезентативных данных к недостаткам относятся:

1. невозможность учета в практической деятельности синергического и антагонистического эффектов поллютантов;

2. неразрешимость проблемы оценки влияния на токсичность или иные лимитирующие свойства поллютантов разнообразных природных факторов;

3. невозможность получения информации о вторичных эффектах действия поллютантов, вызванных их накоплением и трансформацией в различных звеньях экосистем

Изучение последствий антропогенного воздействия на окружающую среду невозможно без применения приемов биологической индикации, которая дает прямую информацию о реакции организмов на стрессорные факторы.

Преимущества живых индикаторов состоят в том, что они:

· суммируют все биологически важные данные об окружающей среде; отражают её состояние в целом;

· устраняют трудную задачу применения дорогостоящих и трудоёмких 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.

Теоретические основы биоиндикации экологического состояния среды разработаны достаточно подробно. Известно, что все живые организмы предъявляют к условиям местообитания определенные требования. Они были выработаны в процессе развития вида и определяют его существование в условиях соответствующей экологической ниши. На живой организм всегда действует совокупность экологических факторов. Широко распространено разделение факторов на абиотические, биотические и те, которые связаны с деятельностью человека, то есть антропогенные.

Все экологические факторы тесно связаны между собой. Обычно изменение одного из них влечет за собой и изменение других. Поэтому, изучая реакцию организмов на тот или иной фактор, всегда надо иметь в виду их взаимодействие. Каждый экологический фактор или комплекс взаимодействующих факторов по-разному действуют на живые организмы в разные фазы его онтогенеза. Экологические особенности особей меняются с возрастом и в зависимости от жизненного состояния.

Наряду с этим большое значение в биоиндикационных исследованиях имеет учет «эффекта замещения» или «эффекта компенсации», когда избыток или недостаток одного фактора компенсируется другими факторами. При изучении комплексного воздействия факторов внешней среды на живые организмы нужно иметь в виду возможность их антагонизма или синергизма.

Все биологические системы - будь то организмы, популяции или биоценозы - в ходе своего развития приспособились к комплексу факторов местообитания. Они завладели определенной экологической нишей, в которой находят подходящие условия существования и могут нормально питаться и размножаться. Каждый организм обладает генетически закрепленным физиологическим порогом толерантности (выносливости), в пределах которого этот фактор является для него переносимым.

Реакция организма, его угнетение или процветание зависит от дозировки фактора, т.е. каждый вид приспособлен к определенной интенсивности каждого экологического фактора и к определенному диапазону его изменчивости.

Биологический процесс может осуществляться не при любых изменениях фактора, а только в пределах двух его значений - максимального и минимального, которые представляют собой границы толерантности данного процесса относительно определенного экологического фактора.

Особи каждого вида могут существовать только в определенном пределе изменчивости отдельных элементов среды. Диапазон колебаний фактора, который может выдерживать вид, называется его экологической валентностью или физиологическим диапазоном толерантности. Формы с широкой экологической валентностью обозначают как эврибионтные (или эврипотентные), с узкой — как стенобионтные(или стенопотентные) (eurys — широкий, stenos — узкий). Примером стенобионтных форм могут служить мадрепоровые кораллы, обитающие только в морях на твердых грунтах при температуре не ниже 2° С и не выносящие даже легкого опреснения воды. Виды с очень высокой степенью эврибионтности называются убиквистами (ubiqиe — везде).

Степень экологической валентности вида можно оценивать не только в отношении широкого комплекса факторов (эври- или стенобионтность), но и применительно к каждому из них в отдельности, добавляя к названию соответствующего фактора греческое «эври» или «стено».

Закон оптимума: каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора зависит, прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора, или просто оптимумом, для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора — это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. (Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.)

Другими словами: Если фактор отличается слишком высокой или слишком низкой интенсивностью, но еще не летален, то организм находится в физиологическом пессимуме. За пределами некоторого минимального и максимального значения фактора дальнейшая жизнь невозможна. В ограниченной области интенсивности фактора, особо благоприятной для данной особи, организм существует в условиях физиологического оптимума. (Оптимальны те условия, при которых нормальное функционирование системы в целом обеспечивается минимумом энергетических затрат.)

Примером такого рода зависимости может служить следующее наблюдение. Среднесуточная физиологическая потребность во фторе взрослого человека составляет 2000 — 3000 мкг, причем 70 % этого количества человек получает с водой и только 30 % с пищей. При длительном употреблении воды, бедной солями фтора (0,5 мг/дм3 и меньше), развивается кариес зубов. Чем меньше концентрация фтора в воде, тем выше заболеваемость населения кариесом.

Высокие концентрации фтора в питьевой воде также приводят к развитию патологии. Так, при концентрации его более 15 мг/дм3 возникает флюороз — своеобразная крапчатость и буроватая окраска зубной эмали, зубы постепенно разрушаются.

Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других.

Ширина диапазона фактора, узкая (стенотопность или стенобиотность) или широкая (эвритопность или эврибиотность) амплитуда вида определяют их индикационные возможности. Физиологическая толерантность организма определяет его индикаторную ценность.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять:

1. как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;

2. как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях;

3. как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов;

4. как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 971; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!