168140 (Биоиндикация водной фауны по анатомическим и физиологическим показателям), страница 3

Жаберная гиперплазия

Рыба может реагировать на химические вещества гиперплазией (клеточной пролиферацией) жаберного эпителия. Но количественная связь “причина-эффект” не известна, и ее еще предстоит выявить. Получить жаберные пробы не представляет особого труда.

Изменение ткани печени

Известно, что печень играет важную роль в детоксикации выведении загрязнении. Имеются экспериментальные данные том, что под действием загрязнения происходят различные паралогические изменения в ткани печени, в том числе образование, опухолей.

Уровень органов и систем органов

Мониторинг загрязнения на тканевом уровне, как уже было описано выше, большей частью связан с поражением того или иного органа или систем органов. Состояние органов оценивают по морфологическим и функциональным показателям.

Организменный уровень.

Основная цель отбора биологических показателей на организменном уровне сводится к оценке главным образом физиологического состояния особи и ее поведения, a также биологической значимости данных по концентрации загрязняющюших веществ в теле морских организмов. Однако эти данные будут представлять интерес только в том случае, если изменен величины отклика используемых показателей коррелируют изменениями на экосистемном уровне, т, е. если изменения физиологических показателей приведут к изменению экологической слаженности.

Влияние размера можно учесть, используя уравнение аллометрического роста v=аMb (где v - скорость роста, M - масса тела, a – постоянная b - показатель). Измерения физиологических показателей можно приурочить к какой-то фазе репродуктивного цикла или к какому-то времени года. Реакция организмов на загрязнение не всегда линейно за висит от действующей концентрации, так как существует пороговый уровень, ниже которого организмы могут детоксифицировать вещество. Аномальные отклики сигнализируют о том, что этот порог превышен. При надпороговых значениях концентрации вещества физиологическая реакция будет соответствовать величине действующего фактора. Если перенести организм чистую среду, то он снова окажется способным к детоксикации загрязнения, что, в конечном счете, приведет к нивелированию отрицательного отклика.

Питание.

для морских животных характерны разнообразные способ питания травоядность, питание детритом и седиментами фильтрация, некрофагия и хищничество. Процесс питания сложный и включает не только непосредственно пищеварение, но и поведенческие компоненты: поиск пищи, выбор и поимку жертвы, фильтрацию пищи из водного столба, завывание в донных осадках и др. Изменение скорости питания взвесью или осадками и образование фекалий служат показателями физиологического состояния в условиях загрязнения. Показатель скорости питание в естественных условиях изменяется в широких пределах. Он весьма чувствителен даже к небольшим изменениям количества доступной пищи, что сильно усложняет задачу определения фонового уровня.

Дыхание.

Скорость потребления кислорода. По этому показателю можно судить о физиологическом состоянии как целого организма, а так и изолированных тканей.Однако интерпретация данных измерений по потреблению кислорода затруднена из-за того, что обычно не учитывается влияние других экологических факторов, таких, как соленость, температура, время года и др. Респираторная активность. B программах мониторинга используются три показателя активности дыхания главным образом у пресноводных рыб: частота кашля, частота оперкулярного движения и частота сердцебиений. Частота кашля изменяется под действием физических (например, взвешенные твердые частицы) или химических (например, тяжелые металлы) факторовна эпителий жабр. Измерения частоты оперкулярного движения проводились на многих видах рыб в присутствии разных загрязнителей изменение обычно связано с уровнем потребления кислорода, хотя последний может быть сбалансирован за счет регуляции амплитуды движений. Изменение частоты сердцебиения также связано с изменениями потребления кислорода, хотя и в этом случае компенсация может быть достигнута путем изменения глубины дыхания. Из трех показателей частота кашля, по-видимому, наиболее чувствительный и удобный для исследователя отклик на широкий круг загрязнений.

Выделение и азотный баланс

Продукты выделения морских животных включают аммиак, мочу, аминокислоты и пурины. Баланс между поступающими в организм веществами с пищей и их выделением с продуктами жизнедеятельности обычно рассчитывают с помощью уравнения энергетического баланса и показателей роста. В тех случаях, когда содержание азота в пище лимитировано, потеря азота в выделениях может свидетельствовать об азотном нарушении баланса. Скорость выделения, превышающая значения нормы, может свидетельствовать о стрессовой ситуации, вызванной серьезным нарушением питания под влиянием загрязнения. Скорость выделения азота может дать больше информации о состоянии животного, если ее рассматривать наряду с другим физиологическими показателями. Отношение потребленного кислорода к выделенному азоту (отношение O/N) является индексом катаболического баланса белка, углеводов и липоидов, там как атомные эквиваленты потребленного кислорода при катабализме и выдeленного азота колеблются. Высокое значение индекса O/N указывает на преобладание липидного или угле водного катаболизма над распадом белков. Теоретическое минимальное значение O/N при исключительно белковом катя холизме равно приблизительно 7.

Рост.

Рост – один из важнейших параметров, характеризующих состояние популяции в конкретных условиях окружающей среды. Поскольку снижение скорости роста животных является неспецифическим откликом на любые стрессовые воздействия, следует быть очень внимательными при использовании этого показателя и интерпретации получаемых данных. 3амедление роста может наступить из-за снижения интенсивности питания или увеличения расхода энергии, связанного с дыханием или выделением, под действием разных экологических факторов – температуры, солености, концентрации 02, концентрации пищи, ионов металлов, нефти, скорости движения воды и др. Рост отдельных особей можно измерять прямым методом или косвенно. Непрямой метод, или физиологическая оценка роста является интегральным, поскольку включает измерение таких физиологических переменных, которые отдельно и вместе характеризуют состояние особи.

Несмотря на то, что лабораторные и полевые исследования по влиянию загрязнения на показатели роста в основном выполнены на ракообразных и двустворчатых моллюсках, a для рыб имеются данные только лабораторных опытов, этот показатель следует активно использовать в программах мониторинга.

Воспроизводство.

Снижение значений показателей роста может привести к снижению плодовитости животного, так как на образование гамет расходуется существенная часть запасаемой энергии. Любые наблюдаемые снижения показателей роста, особенно во время созревания гамет, могут быть сигналом резкого снижение репродуктивной способности родительского организма. Эмбриональные и личиночные стадии развития, как правило, наиболее чувствительны к токсикантам по сравнению со взрослыми особями. При изучении действия загрязняющего вещества на воспроизводство следует иметь в виду, что часть его может накапливаться в икринках и сохраняться там длительное время . (Ross Anderson, 1978). Контроль за этим накоплением позволяет с некоторой долей вероятности прогнозировать последующие стадии развития организма.

Определение плодовитости и оценка жизнеспособности гамет являются полезными показателями состояния особей, с помощью которых можно объяснить некоторые экологические нарушения.

Состав крови.

При оценке состояния рыб и их откликов на изменение окружающей среды в последние годы стали чаще использовать гематологические методы. Исследования крови беспозвоночных в связи с влиянием фактора окружающей среды немногочисленны.

Показатели поведения организмов

Первый этап на пути использования показателей поведения в программах мониторинга морской среды заключается в разработке качественных и количественных критериев оценки изменения поведения при действии антропогенных факторов. Различают три подхода для оценки поведенческих реакций. Первый подход предполагает наблюдение за поведением животных, обитающих в естественных условиях. Второй - предусматривает перенос животных из лабораторных условий или контролируемых акваторий на какое-то время в естественные условия. Третий подход заключается в переносе воды и донных осадков из естественных условий в аквариумы, в которые помещают тест организмы. Окончательное решение вопроса о включении показателей поведения в программы мониторинга принимают после оценки их экологической значимости и связи с уровнем накопления в окружающей среде и контролируемых организмах.

Выбор организма или групп организмов - первый, необходимый шаг при разработке программ биологического мониторинга - основывается, прежде всего, на экосистеме, которая подвер гается антропогенному воздействию, Выбранный для мониторинга организм должен при появлении загрязнения своим поведением сигнализировать об изменившихся условиях. Чем чувствительнее поведенческие отклики к появлению химических вещeств и чем теснее они связаны с целостными свойствами экосистем, тем эффективнее использование выбранных организмов. Поведенческий отклик y любого вида формируется под влиянием разнообразных стимyлов. Но все они, так или иначе, связаны с общей стратегией поведения вида, направленной на выжигание. У морских организмов структура поведенческих реакций может видоизменяться в ходе индивидуального развития. Поэтому конкретная программа мониторинга должна учитывать этологическое особенности разных стадий развития организма, a также изменения этик показателей под влиянием сезонных, суточных и многолетних циклов. Однако если по каким-либо причинам этот поведенческий инстинкт нарушить, это приведет к снижению численности популяции из-за их потребления хищниками или гибели в холодной воде.

Для обнаружения изменений качества морской среды в определенной акватории выбирают контрольную станцию, в которой диапазон изменчивости модели поведения соответствует норме. Отклонения от нормы в поведении у животных, обитающих в районе загрязнения, свидетельствуют об изменении качества морской среды. Значительные изменения структуры всего сообщества сопровождаются, как правило, выпадением из сообщества одного или нескольких видов. Изменение модели поведения может вызвать также нарушение трофических связен. Haпpимep, необратимые нарушения хеморесценции или локомоции постепенно приведут к резким изменениям трофических отношений. Изменение привычного поведения хищника тут же отражается на изменении показателей популяции жертвы при условии, если жертва менее чувствительна к загрязнению, чем хищник. Если модель поведения изменяется под действием токсиканта, то это заведомо приводит, к изменению выживаемости вида, a в случае, если это доминантный вид, - ас существенным структурным изменениям в сообществе.

Выживаемость организмов в морской среде обеспечивается за счет комплекса сложных поведенческих реакций, которые сформировались в ходе длительной эволюции организмов. Чувствительность и адаптация к изменениям в окружающей среде, способы захвата пищи, избежание хищников и воспроизводство неразрывно связаны с условиями окружающей среды. Поэтому, например, сенсорную чувствительность и связанные с ней другие разновидности поведенческих реакций можно использовать для оценки действия загрязнения, если они связаны c выживаемостью организма. Любое регистрируемое изменение сенсорной чувствительности или модели поведения, связанной с ней, будет показателем степени воздействия загрязняющиx веществ.

Морские организмы реагируют на присутствие в воде естественных и искусственных веществ и очень небольших концентрациях. Более сложные поведенческие реакции, такие, как поиск пищи или спаривание, меньше пригодны для программ мониторинга. Их использование оправдано только в том случае, если биология тест организма и особенно его поведенческая реакция достаточно хорошо изучены. Таким образом, причиной изменения в поведении животных под действием загрязняющих веществ могут быть как изменение чувствительности хеморецепторов, Так и общее изменение их ответной реакции. Для того чтобы установить причины изменения поведенческой реакции, необходимо проводить нейрофизиологический контроль состояния хеморецепторов.

Популяционный уровень

Отбор подходящих видов

Для отбора видов необходимы подробные данные о бите изучаемого района. Объектом наблюдения может быть любая группа организмов: от микрофлоры до мегафауны и морских птиц. B тех случаях, когда программой предусмотрено использование относительно малоизученных видов, исследование их физиологии и экологии должно рассматриваться как фундаментальная часть программы. При отборе видов следует учитывать их пространственное распределение. B литоральной зоне находится наиболее доступная часть морских обитателей, и их использование особенно выгодно в случае наблюдения за антропогенными веществами, поступающими в море с поверхности, например нефти. C глубиной доступность к объектам ухудшается, и заметно возрастает стоимость отбора проб. Ограниченная доступность может вы звать необходимость многократного отбора проб, например в глубоководных районах, a это в свою очередь вынуждает разрабатывать соответствующие требования в отношении объема выборки и частоты их взятая. Предпочтение следует отдавать видам, чувствительным к потенциальным загрязнением, даже если они имеют ограниченное экологическое и промысловое значение.