Книга: Животные анализируют мир

Живые индикаторы загрязнения окружающей среды

Живые индикаторы загрязнения окружающей среды

Теперь перейдем к рассмотрению самых оригинальных «живых приборов» — организмов-индикаторов. Это, по существу, генетический прибор, ведь при определенных уровнях загрязнения могут жить только те организмы, наследственная программа которых приспособлена к экологическим сдвигам, вызываемым деятельностью человека. Живые индикаторы могут рассказать нам многое: где скапливаются вредные вещества, как они влияют на экосистему в целом и какова скорость происходящих изменений. По результатам химического и физического анализов можно узнать, в каких концентрациях скапливаются вещества, вредящие живым сообществам, но о тенденциях дальнейшего развития загрязнения и о его биологических последствиях такой анализ ничего не скажет. На помощь здесь могут прийти именно живые индикаторы.

Ежегодно в научной литературе появляется много статей, в которых рассказывается о новых организмах-индикаторах.

Это и низшие, и высшие растения, беспозвоночные и позвоночные животные. Но многие виды стали классическими живыми индикаторами. Кто не видел лишайников, зеленой бородой свисающих с дремучих деревьев! Но их все меньше и меньше встречается в наших лесах — признак загрязнения воздуха. Меньше стало в подмосковных лесах и муравейников. Одна из причин этого — в загрязнении окружающей среды. Муравьи не могут жить в загрязненной атмосфере и при появлений пестицидов в почве. Первыми из загрязненных мест уходят крупные рыжие муравьи.

Со шляпочными грибами происходит сходная история. С одной стороны, их урожайность снижается от неправильного сбора, когда грибники повреждают грибницу. Однако и загрязнения вносят свою лепту. Такие ценные грибы, как белые, подосиновики и подберезовики, выступают и в качестве индикаторов загрязнения окружающей среды. Они не выдерживают загрязнения окружающей среды, поэтому и снизилась их урожайность за последние двенадцать лет на 50,5 %.

В систему индикаторных организмов включают самые разнообразные группы. Это и мокрицы, и дождевые черви, и даже почвенные простейшие. Экологи изучают на этот предмет и крупных позвоночных животных. Например, чешские исследователи в качестве вида-индикатора предлагают использовать зайца-русака. Оказывается, промышленные загрязнения далеко не безразличны для зайцев, которые чутко реагируют на токсические вещества в среде. В зонах промышленного загрязнения в их крови увеличивается фракция Y-глобулинов и меняется отношение кальция к фосфору. В шерсти накапливаются тяжелые металлы. Анализ шерсти покажет, какие из металлов являются главными загрязнителями. При сильном загрязнении рост зайцев замедляется, в их популяции увеличивается число самок.

В качестве живых индикаторов можно также с успехом использовать мелких грызунов. Для этой цели подходят полёвки, лесные мыши.

Вопрос о роли наземных живых индикаторов в охране окружающей среды находится в стадии изучения. Оказывается, загрязнения на суше можно определить по состоянию не только отдельных видов, но и целого сообщества. Разрабатывается аэрокосмический мониторинг природоохранных экосистем. Со спутников можно следить за состоянием растительности, почв и сменой живых сообществ под воздействием человека. Только в этом случае «живым прибором» служит уже не отдельное растение или даже их группа, а отражающая свет экосистема в целом, например тундра, лес, пастбище. Причем оценка природного контраста охраняемой системы с хозяйственно используемым фоном позволяет из космического пространства определить, насколько сильно человек эксплуатирует ту или иную экосистему, а заодно и дать прогноз динамики восстановления экологического равновесия.

Очень сложны по составу видов наземные биоценозы. К их изучению приложим только биогеографический подход, когда в каждом регионе приходится выделять свои виды-индикаторы и биоценозы, характерные для охранных лесов. Все это создает трудности в создании единой системы организмов-индикаторов для каждой зоны загрязнения наземных систем.

Несколько по-иному обстоит дело с пресноводными биоценозами. Почти во всех пресноводных водоемах встречаются виды-космополиты, способные жить при определенном загрязнении. Это позволило создать шкалу сапробиости, то есть степени загрязненности отдельных водоемов или их зон органическими веществами, в которых способны жить определенные организмы. Загрязнение вод по шкале сапробности подразделяется на четыре зоны: поли-, ?-мезо-, ?-мезо- и олигосапробную. Посмотрим, какие организмы-индикаторы живут в каждой из этих зон.

Полисапробные воды характеризуются полным отсутствием кислорода, наличием в воде неразложившихся белков и значительного количества сероводорода и углекислого газа. Это самая грязная, отвратительно пахнущая вода. Однако и в ней есть жизнь. В этой воде прежде всего можно встретить следующих бактерий: самых крупных серных бактерий и нитчатых бактерий сферотилус. В такой воде живут жгутиконосцы и инфузории путринум. Есть даже сувойки, но только напоминающие не ландыш, а скорее шарик на тонкой ножке. У этих сувоек очень маленький рот, поэтому и называют их микростомата, В иле развивается множество червей трубочников, и, как подводная лодка, выставив свою дыхательную трубку в виде перископа, по дну таких грязных стоков ползает личинка мухи-крыски.

Серобактерии разлагают органические остатки в полиса-пробной воде, выделяется сероводород и метан. Им помогают другие бактерии и все население этого царства сточных вод. Так и идет процесс самоочищения.

В воде ?-мезосапробной зоны (рис. 18) еще есть аммиак, вода пахнет сероводородом, но уже появляется и кислород. В такой воде бактерии многочисленны: есть грибы мукор, но и водоросли, пусть даже синезеленые, находят себе здесь приют.

Плавают в поле зрения микроскопа окрашенные жгутиконосцы хламидомонады, эвглены и огромные инфузории-трубачи. Появляются в этой зоне сапробности коловратки, моллюски сфериум, рачки водяные ослики, и в иле, в огромном количестве, развиваются личинки комаров хирономид, многие крупные виды которых рыбоводы и аквариумисты называют мотылем. За счет работы бактерий и всего населения органическое вещество в воде еще больше минерализуется и вода переходит в следующую зону сапробности.

Следующая, ?-мезосапробная зона наиболее знакома человеку. В прудах, водохранилищах аминокислот нет, незначительное количество сероводорода, зато вода насыщена кислородом. Видовое разнообразие организмов-индикаторов в этой зоне выше, чем в других зонах (рис. 19). Из водорослей чаще всего встречаются диатомовые и зеленые. Например, известная всем хлорелла из протококковых водорослей или спирогира из нитчатых водорослей, образующих тину. В этих водах уже встречаются цветковые растения, а также ракообразные и рыбы.

Последняя зона олигосапробная — зона самой чистой воды. Бактерий в такой воде мало, видов животных и растений много, но число особей каждого вида невелико. Организмами-индикаторами олигосапробной зоны могут быть как водоросли, так и микроскопические животные, например сувойки-нубилиферы. Здесь встречаются дафнии-лонгиспины, у которых раковина заканчивается длинным отростком. Высшая водная растительность — полушник озерный и полушник иглистый — тоже указывает на чистоту воды в водоеме. Рыбы, обитающие в олигосапробной зоне, обычно холодолюбивые, предпочитают высокое содержание кислорода в воде. Это радужная и ручьевая форель, красноперки, сиг, рипус.

Однако в настоящее время, когда приток сточных вод в водоемы с промышленными токсичными веществами усилился, для оценки загрязнения одной шкалы сапробности уже недостаточно. Ученые считают, что настало время разработки трех шкал, которые позволили бы оценить степень загрязнения воды с помощью живых индикаторов. Оценку загрязнения предлагается вести по сапробности, по токсобности и сапротоксобности. Токсобность сходна по своему понятию с сапробностью, только здесь подразумевается выживаемость определенных видов не вообще при загрязнении воды органическими соединениями, а способность организмов существовать в водах, содержащих токсические вещества — как минеральные, так и органические. И вполне понятно, что третья шкала сапротоксобности объединяет в себе и сапробность, и токсобность. Академик В. И. Жадин предложил четыре зоны токсобности: гипертоксобную, где организмы-индикаторы вообще жить не могут; поли-, мезо- и олиготоксобную зоны соответственно с сильной, средней и слабой степенью загрязнения токсическими веществами. Однако окончательной шкалы токсобности и сапротоксобности не создано. Гидробиологи и не ожидали, что на их пути встретится столь трудная задача, так как механизм реагирования гидробионтов на токсические вещества до необычайности сложен и зависит как от физических и химических, так и от биологических факторов окружающей среды.