Биологические индикаторы здоровья окружающей среды

Виды-индикаторы — это живые организмы, которые сообщают нам очевидным образом, что в их среде обитания что-то изменилось или собирается измениться. Наблюдать их легко, и их изучение считается экономически эффективным способом прогнозирования изменений в экосистеме.

 

Ученые отслеживают такие факторы, как размер популяции индикаторных видов, ее возрастную структуру, плотность, рост и скорость воспроизводства, чтобы с течением времени выявить определенные закономерности. Эти закономерности могут указывать на стресс организмов из-за загрязнения окружающей среды, утраты среды обитания или изменения климата. Что еще важнее, виды-биоиндикаторы могут помочь предсказать будущие изменения в окружающей среде.

 

Чаще всего в качестве индикаторов используют животных, причем в 70% случаев это беспозвоночные. Постоянно используют растения и микроорганизмы. Объединяет лучшие виды-индикаторы высокая чувствительность к любым изменениям среды. Например, они могут находиться на вершине трофической пирамиды и получать с питанием наибольшее количество любых токсинов, загрязнивших окружающую их среду. Другие виды, скажем, не смогут легко переместиться в новый ареал, если условия в старом местообитании станут неблагоприятными.

 

Экологическая роль вида — одна из основных причин, по которой ученые используют определенные организмы в качестве индикаторов. Если вид в экосистеме ключевой, то есть от него зависит сама функция экосистемы, то любые изменения в его здоровье или популяции будут хорошим индикатором стрессовых факторов окружающей среды.

 

Особенности и использование биоиндикации

 

Хороший вид-индикатор — это подробно изученный и широко распространенный биологический вид, который быстро реагирует на изменения среды и за которым легко наблюдать. Реакция организмов должна быть характерной для всей популяции или экосистемы. Идеальный биоиндикатор размножается быстро и в больших количествах, обитает в специфической среде или имеет специфический рацион. 

 

 

Ученые используют виды-индикаторы, чтобы определить качественные изменения в экосистеме на основе наблюдений. Виды-индикаторы показывают как положительные, так и отрицательные изменения окружающей среды. Эти изменения могут включать присутствие загрязняющих веществ, изменения биоразнообразия и биотических взаимодействий, а также изменения физической среды.

 

Примеры биоиндикации

 

Наблюдения за живой природой позволяют выявить явные ухудшения качества среды. Например, при загрязнении почвы в городе солями и реагентами листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. 

 

Другой пример – загрязнение лугов гербицидом Далапоном (2,2–дихлорпропионовая кислота) ведет к сильному (до 88%) выпадению злаков. Увеличивается разнотравье. Эти изменения растительного покрова ведут к падению численности саранчовых и росту численности тлей. Изменение в соотношении двух групп насекомых — пример косвенной биоиндикации применения гербицида.

 

 

Лягушки и ящерицы могут быть четким показателем содержания в почве и воде многих токсичных веществ. Например, при содержании в почве свинца в количестве 22,4 мг/кг сухого вещества в лишайниках его было 65,2 мг, а в ящерицах — 75,3 мг/кг. В теле лягушек в городе содержание свинца в 8 раз выше, чем в сельской местности, а хрома у городских ящериц в 15 раз больше. Лучшим индикатором загрязнения среды можно считать зеленую жабу. Лягушки и жабы чувствительны к пестицидам, болеют и погибают при загрязнении среды. Они проявляют реакцию в отношении нитратов, сульфатов, кальция, цинка и т. д.

 

Кресс-салат — однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнениям почвы тяжелыми металлами, а воздуха — газообразными выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

 

Хламидомонада Рейнгардта (Chlamydomonas reinhardtii) — прокариотические одноклеточные зеленые водоросли, которые показывают загрязнение водоема тяжелыми металлами кадмием и медью, останавливая свой рост. 

 

 

Vogesella indigofera — аэробные непатогенные бактерии, встречающиеся в пресной воде. В норме выделяют синий пигмент, но в загрязненной токсичными соединениями хрома пигментация блокируется и уменьшается почти на 50%.

 

Эвглена изящная (Euglena gracilis). Водоросль, покрывающая поверхность загрязненных водоемов. Показывает загрязнение воды органическими загрязнителями и тяжелыми металлами. Известен пример, когда цветение эвглены на озере Тайху в Китае в 2008 году было видно из космоса. 

 

Хлорелла обыкновенная (Chlorella Vulgaris). Одна из наиболее интенсивно изучаемых микроводорослей, которую широко используют в том числе для очистки сточных вод и отходов. При загрязнении водоемов двумя пестицидами (2,4-Д и атразином) хлорелла высвобождает стрессовые белки.

 

Гилокониум великолепный (Hylocomium splendens). Вид мха, показывающий загрязнение воздуха тяжёлыми металлами, такими как свинец, марганец, медь, цинк, никель и т.д. 

 

 

Лобария легочная (Lobaria pulmonaria). Лишайник, который  очень чувствителен к диоксиду серы и серосодержащим органическим соединениям в воздухе. Не может жить в загрязненной атмосфере.

 

 

Лишайники часто используют в качестве биоиндикаторов, поскольку они очень чувствительны к загрязнению воздуха. У лишайников нет корней, они получают питательные вещества непосредственно из атмосферы и особенно чувствительны к избыточному загрязнению воздуха азотом.

 

Вольфия шаровидная (Wolffia globosa). Небольшое покрытосеменное растение. Показывает наличие ионов кадмия и хрома в почве – снижает продуктивность биомассы и содержание хлорофилла.

 

 

Рачки–циклопы. Организмы, указывающие на снижение качества воды или эвтрофикацию в речном бассейне. При наличии солей кадмия в воде у них наблюдаются некоторые изменения в поведении. 

 

Дождевые черви. Индикатор загрязнения металлами в почвенной экосистеме. Количество присутствующих особей коррелирует со здоровьем почвы, накопление цинка, железа, свинца и марганца отрицательно влияет на рост и численность дождевых червей.

 

Нематоды. Численность нематод в образцах почвы может указывать на наличие токсичных тяжелых металлов. Обилие нематод в почве свидетельствует о хорошем ее качестве. 

 

Чавыча (Oncorhynchus tshawytscha). Лососевые рыбы этой породы не выносят загрязнения воды, обеднения водоема кислородом  или эвтрофикации. Из-за накопления в своих клетках чужеродных химических веществ меняет поведение и погибает.

 

В качестве биоиндикаторов часто используют лососевых рыб многих пород. Изменения в их популяциях означают ухудшение среды обитания и качества воды, а также большое количество патогенов.

 

Читайте также:

 

• Свободный выпас в лесу: преимущества и недостатки
• Как Африка может обратить вспять деградацию земель
• Ледники по-индийски: спасаем поля от засухи
• Как российские пастбища могут спасти мир от глобального потепления