Понятие биоиндикатор. Принципы отбора биологических показателей для биоиндикации.

Организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых тесно коррелируют с определенными факторами среды и могут применяться для их оценки, называются биоиндикаторами.

С помощью биоиндикаторов принципиально возможно:

· обнаруживать места скоплений в экологических системах различного рода загрязнений;

· проследить скорость происходящих в окружающей среде изменений;

· только по биоиндикаторам можно судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы;

· прогнозировать дальнейшее развитие экосистемы.

Биоиндикаторами могут быть живые организмы, обладающие хорошо выраженной реакцией на внешнее воздействие: различные виды бактерий, водорослей, грибов, растений, животных и т.п. Ведущая роль при этом принадлежит фитоиндикации - изучению реакций растений на стрессовые воздействия. Чаще всего в качестве индикаторов используют лишайники (лихеноиндикация), мхи (бриоиндикация), сосудистые растения (широко используютс я древесные растения – дендроиндикация).

Растения являются неотъемлемым компонентом любого ландшафта. Именно по характеру растительного покрова возможна безошибочная оценка интенсивности загрязнений и нарушений геосистем. Особенности химического состава, процессы метаболизма, внешний облик растений, видовой состав сообществ и другие флористические и фитоценотические признаки позволяют определить состояние абиотических компонентов и их изменение под влиянием антропогенной нагрузки.

Биоиндикаторы могут быть прямыми и косвенными. Если реакция живого организма вызвана непосредственным воздействием внешнего фактора, то говорят о прямой индикации. У косвенных индикаторов реакция возникает через систему опосредованных взаимосвязанных реакций и напрямую не связана со стрессовым воздействием.

Биоиндикаторы могут быть положительными и отрицательными. Положительные биоиндикаторы характеризуются увеличением реакции (количественных характеристик) при нарастании стресса. Так, например, положительным индикатором содержания токсичных газов в воздухе является увеличение концентрации поллютантов в биомассе. Нарастание рекреационной нагрузки на экосистему индицируется увеличением обилия рудеральных видов растений: одуванчика Taraxacumofficinale, сурепки Barabareavulgaris, лапчатки гусиной Potentillaanserina и др.

Примером отрицательных индикаторов на загрязнение атмосферного воздуха являются уменьшение видового разнообразия, численности эпифитных лишайников и образование так называемой лишайниковой пустын и в условиях постоянного высокого уровня выбросов токсичных газов.

В зависимости от реакции биоиндикатора на определенный стрессорный фактор выделяют специфический и неспецифический характер биоиндикации. В случае специфической биоиндикации реакция организма является характерной для какого-либо определенного стрессора. Существуют такие виды, у которых могут появляться явные симптомы воздействия, свидетельствующие о присутствии в окружающей среде одного или нескольких загрязняющих веществ. Они могут также проявлять и специфические симптомы, что позволяет проводить и количественные измерения уровня загрязнения.

Способность организмов одинаково реагировать на изменение различных факторов среды затрудняет выявление истинных причин проявления реакции. В таком случае говорят о неспецифической индикации. Это свойство биоты усложняет процесс получения информации по принципу «воздействие - реакция». Для выявления причин нарушений необходимы изучение химического состава абиотических компонентов экосистемы и сравнительная оценка накопления поллютантов в растениях с фоновыми характеристиками.

Если при биоиндикационных исследованиях используется один (частный) параметр, то говорят о частном биоиндикаторе. В том случае, когда применяется система биоиндикационных признаков, говорят о комплексном биоиндикаторе.

В биоиндикации предпочтение отдают наблюдениям за структурными и функциональными параметрами именно высшего, a не среднего и низшего уровней. Обычно с повышением уровня организации биологических систем возрастает и их сложность, так как одновременно усложняются и их связи с окружающей средой. При этом биоиндикация на низших уровнях включается в биоиндикацию на высших уровнях.

В соответствии с организационными уровнями биологических систем можно установить различные уровни биоиндикации:

1-й уровень - биохимические и физиологические реакции;

2-й уровень - анатомические, морфологические и поведенческие отклонения;

3-й уровень - популяционные и биоценотические изменения;

4-й уровень - изменения ландшафтов.

Современные зарубежные и отечественные исследователи предлагают оценивать уровень загрязнения на основе наблюдений за биологическими объектами, которые могут быть индикаторами загрязнений окружающей среды, их пространственного распределения, возможного накопления на значительных территориях. У некоторых видов растений и животных изменяются особенности развития (скорость роста, процесс цветения, образования плодов, интенсивность окраски и др.) в ответ на разные стрессорные факторы. Лишайники, например, способны накапливать радиоактивные элементы, микроэлементы, содержание радионуклидов в них может быть в 10 раз выше, чем в травянистых растениях. Лишайники накапливают газообразные и твердые вещества из атмосферы практически постоянно и неограниченно. Поэтому, отслеживая процессы их накопления (отсутствия), можно оценить уровень загрязнения среды.

Существует два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. Пассивнаябиоиндикация – исследование у свободноживущих организмов видимых или незаметных повреждений и отклонения от нормы, являющиеся признаками неблагоприятного воздействия. Активная индикация или биотестирование - исследование тех же воздействий в стандартных условиях на наиболее чувствительных к данному фактору организмах - тесторганизмах.