Қоршаған ортаның жағдайын көрсететін түрлер

Кіріспе

Биоиндикатор – кез келген түр (индикатор түрлер) немесе түрлер тобы, олардың функциясы, популяциясы немесе жағдайы қоршаған ортаның сапалық жағдайын ашып көрсете алады. Көбінесе индикаторлар жануарлар болып табылады. Мысалы, көптеген су қоймаларында кездесетін копеподтар және басқа да ұсақ сулы қаңқалылардың экожүйелеріндегі проблемаларды көрсететін өзгерістері (биохимиялық, физиологиялық немесе мінез-құлқы) бақыланады. Биоиндикаторлар экожүйедегі әртүрлі ластаушылардың күммулятивтік әсері туралы және физикалық және химиялық сынақтармен салыстырғанда, проблема қанша уақыттан бері бар екендігі туралы мәлімет бере алады. Биологиялық монитор немесе биомонитор – қоршаған ортаның сапасы туралы сандық ақпарат беретін организм. Сондықтан, жақсы биомонитор ластаушының болуын көрсетеді және одан әрі, әсердің мөлшері мен қарқындылығы туралы қосымша ақпарат алу үшін қолданылуы мүмкін. Биологиялық индикатор – бұл сонымен қатар, резистентті микроорганизмдер штамдарын (мысалы, Bacillus немесе Geobacillus) пайдалану арқылы қоршаған ортаның стерильдігін бағалау процесінің атауы. Биологиялық индикаторлар стерильдеу алдында берілген ортаға жоғары төзімді микроорганизмдерді енгізу ретінде сипатталады, ал стерильдеу процесінің тиімділігін өлшеу үшін сынақтар жүргізіледі. Биологиялық индикаторлар жоғары төзімді микроорганизмдерді пайдаланатындықтан, оларды белсенділігінен айырған кез келген стерильдеу процесі, одан әрі әдеттегі, нашар патогендерді де өлтіреді.

Қолдану

Көп жағдайда, алдын ала белгіленген эталондық учаскеде тірі организмдердің жағдайына қатысты бастапқы деректер жиналады. Эталондық учаскелерде сыртқы әсерлердің болуы минималды немесе толығымен болмауы керек (мысалы, антропогендік бұзылулар, жер пайдаланудың өзгеруі, жағымсыз түрлер). Нақты бір индикаторлық түрдің тірі организмдердің жағдайы уақыт өте келе эталондық учаскеде де, зерттеу аймағында да өлшенеді. Зерттеу аймағынан алынған деректер зерттеу аймағының экологиялық денсаулығы мен толықтығын бағалау үшін эталондық учаскеден алынған ұқсас деректермен салыстырылады. Биоиндикаторлардың жалпы шектеуі – географиялық және экологиялық жағынан әртүрлі аймақтарда қолданғанда олардың дәлдігі төмендеуі мүмкін. Сондықтан, биоиндикаторларды пайдаланатын зерттеушілер әрбір көрсеткіштер жинағының олар бақылайтын экологиялық жағдайларға сәйкес келетінін үнемі тексеруі керек.

Өсімдіктер мен саңырауқұлақтар көрсеткіштері

Экожүйедегі белгілі бір өсімдіктердің немесе басқа да вегетацияның болуы немесе болмауы, қоршаған ортаның денсаулығы туралы маңызды ақпарат бере алады: қоршаған ортаны сақтау. Өсімдіктердің биомониторларына бірнеше түр жатады, олар: мүктер, лишайлар, ағаш қабығы, қабық қуыстары, ағаш сақиналары және жапырақтар. Мысалы, қоршаған ортаны ластайтын заттар ағаш қабығына сіңіріліп, жинақталуы мүмкін, содан кейін олардың қоршаған ортадағы болуын және концентрациясын талдауға болады. Кейбір тамырлы өсімдіктердің жапырақтары озонның әсерінен зиян көреді, әсіресе тіндер зақымданады, сондықтан оларды ластаушы затты анықтау үшін пайдалануға болады. Мұндай өсімдіктер Атлант мұхитының солтүстік жарты шарындағы аралдарда, Жерорта теңізі бассейнінде, Африканың экваторлық аймағында, Эфиопияда, Үндістанның жағалауында, Гималай аймағында, Оңтүстік Азияда және Жапонияда кең таралған. Бұл аймақтардағы эндемикалық түрлердің жоғары деңгейі озон ластануына осал, бұл кейбір тамырлы өсімдіктердің жер үсті экожүйелеріндегі қоршаған ортаның денсаулығын бағалаудағы маңызды индикаторлар екенін көрсетеді. Қорғаушылар мұндай өсімдік биоиндикаторларын құрал ретінде пайдаланады, олар қоршаған ортаға болатын өзгерістерді және зияндарды анықтауға мүмкіндік береді. Мысалы, Lobaria pulmonaria Британдық Колумбияның шығыс-орталық аймағындағы ішкі қарағай-гемолок ормандарындағы тұқымның жасын және макролишайлардың әртүрлілігін бағалау үшін индикаторлық түр ретінде анықталды, бұл оның биоиндикатор ретіндегі экологиялық маңыздылығын көрсетеді. Lobaria pulmonaria-ның көптігі әртүрліліктің артуымен байланысты, бұл оның ICH-де тұрақтандыру жасын анықтау мүмкіндігін көрсетеді. Тағы бір лишай түрі - Xanthoria parietina - ауа сапасының сенімді индикаторы болып табылады, ол ауыр металдар мен органикалық қосылыстар сияқты ластаушы заттарды тиімді жинақтайды. Зерттеулер көрсеткендей, өнеркәсіптік аймақтардан алынған X. parietina үлгілерінде осы ластаушы заттардың концентрациясы көгалданған, аз урбанизацияланған ортамен салыстырғанда айтарлықтай жоғары. Бұл лишайдың қоршаған ортаның денсаулығын бағалауда және жоғары ластану деңгейі бар аймақтарды анықтаудағы маңызды рөлін көрсетеді, бұл мақсатты азайту шаралары мен қоршаған ортаны басқару стратегияларына көмектеседі. Саңырауқұлақтар да биоиндикатор ретінде пайдалы, өйткені олар бүкіл әлемде кездеседі және әртүрлі ортада айқын өзгерістерге ұшырайды. Лишайлар - саңырауқұлақтар мен балдырлардан тұратын организмдер. Олар тау жыныстары мен ағаштардың діңдерінде өседі және орман құрылымындағы өзгерілер, биологиялық әртүрлілік, ауа сапасы және климат сияқты ормандардағы экологиялық өзгерістерге жауап береді. Орманнан лишайлардың жоғалуы қоршаған ортаға стресс тудыратын факторларды, мысалы, күкірт диоксидінің, күкірт негізіндегі ластаушы заттардың және азот оксидтерінің жоғары деңгейін көрсетеді. Су жүйелеріндегі балдырлардың құрамы мен жалпы биомассасы судың органикалық ластануын және азот пен фосфор сияқты қоректік заттардың мөлшерін бағалау үшін маңызды өлшем болып табылады. Қоршаған ортадағы уыттылық деңгейіне жауап бере алатын генетикалық түрлендірілген организмдер де бар; мысалы, топырақта уытты заттар болғанда басқа түске ие болатын генетикалық түрлендірілген шөп.

The presence or absence of certain plant or other vegetative life in an ecosystem can provide important clues about the health of the environment: environmental preservation. There are several types of plant biomonitors, including mosses, lichens, tree bark, bark pockets, tree rings, and leaves. As an example, environmental pollutants can be absorbed and incorporated into tree bark, which can then be analyzed to pollutant presence and concentration in the surrounding environment. The leaves of certain vascular plants experience harmful effects in the presence of ozone, particularly tissue damage, making them useful in detecting the pollutant. These plants are observed abundantly in Atlantic islands in the Northern Hemisphere, the Mediterranean Basin, equatorial Africa, Ethiopia, the Indian coastline, the Himalayan region, southern Asia, and Japan. These regions with high endemic richness are particularly vulnerable to ozone pollution, emphasizing the importance of certain vascular plant species as valuable indicators of environmental health in terrestrial ecosystems. Conservationists use such plant bioindicators as tools, allowing them to ascertain potential changes and damages to the environment. As an example, Lobaria pulmonaria has been identified as an indicator species for assessing stand age and macrolichen diversity in Interior Cedar–Hemlock forests of east central British Columbia, highlighting its ecological significance as a bioindicator. The abundance of Lobaria pulmonaria was strongly correlated with this increase in diversity, suggesting its potential as an indicator of stand age in the ICH. Another Lichen species, Xanthoria parietina, serves as a reliable indicator of air quality, effectively accumulating pollutants like heavy metals and organic compounds. Studies have shown that X. parietina samples collected from industrial areas exhibit significantly higher concentrations of these pollutants compared to those from greener, less urbanized environments. This highlights the lichen's valuable role in assessing environmental health and identifying areas with elevated pollution levels, aiding in targeted mitigation efforts and environmental management strategies. Fungi is also useful as bioindicators, as they are found throughout the globe and undergo noticeable changes in different environments. Lichens are organisms comprising both fungi and algae. They are found on rocks and tree trunks, and they respond to environmental changes in forests, including changes in forest structure – conservation biology, air quality, and climate. The disappearance of lichens in a forest may indicate environmental stresses, such as high levels of sulfur dioxide, sulfur based pollutants, and nitrogen oxides. The composition and total biomass of algal species in aquatic systems serve as an important metric for organic water pollution and nutrient loading such as nitrogen and phosphorus. There are genetically engineered organisms that can respond to toxicity levels in the environment; e. g., a type of genetically engineered grass that grows a different colour if there are toxins in the soil.

Жануарлардағы көрсеткіштер мен токсиндер

Жануарлар популяциясының өсуі немесе азаюы ластануды көрсете алады. Мысалы, егер ластану өсімдіктің қырылуына себеп болса, сол өсімдікке тәуелді жануарлар түрлерінің саны төмендейді. Керісінше, популяцияның артуы – бұл экожүйедегі басқа түрлердің жоғалуына жауап ретіндегі түрдің мүмкіндікті пайдалануы болуы мүмкін. Ал, стрестен туындаған, өлімге жеткізбейтін әсерлер жануарлардың физиологиясында, морфологиясында және жеке тұлғалардың мінез-құлқында популяциялық деңгейде байқалатын жауаптардан бұрын көрініс беруі мүмкін. Мұндай өлімге жеткізбейтін реакциялар популяциялардың одан әрі қалай өзгеретінін болжау үшін «ерте ескерту белгілері» ретінде өте пайдалы. Ластану мен басқа да стресс факторларын жануарлардағы бірнеше көрсеткіштерді өлшеу арқылы бақылауға болады: жануарлар тіндеріндегі уыттардың концентрациясы; жануарлар популяцияларындағы деформациялардың пайда болу қарқыны; дала жағдайында немесе зертханадағы мінез-құлық; сондай-ақ жеке физиологиядағы өзгерістерді бағалау арқылы.

Қақағалар мен бақалар

Амфибиялар, әсіресе анурандар (бақалар мен тобалар) ластануды зерттеуде қоршаған ортаның ластану деңгейін көрсетуші биоиндикаторлар ретінде көбірек қолданылуда. Анурандардың терісі және дернәсілдерінің жаңқа қабығы арқылы уытты химиялық заттарды сіңіруге бейімділігі жоғары және қоршаған ортадағы өзгерістерге сезімтал. Олар жұтып алған, тыныс алған немесе ластанған тағам арқылы сіңген пестицидтерді залалсыздандыру қабілеті төмен. Глифосат сияқты агрохимиялық заттарды кеңінен қолдану, осы заттар су жүйелеріне шайылып түсуі және олардың адам қоныстарына жақын болуы салдарынан, бақалар популяциясының өмірлік циклы бойына зиянды әсер етеді. Көлдерде көбейетін анурандар, құрлықта да, суда да тіршілік ететін күрделі өмірлік циклдарының арқасында, ластануға ерекше сезімтал. Әсер ету нәтижесінде дене ұзындығының қысқаруы, дене салмағының төмендеуі және аяқ-қолдардың немесе басқа да мүшелердің қалыптан ауытқуы мүмкін. Мысал ретінде, қызыл батпақты рактардың (Procambarus clarkii) ас қорыту жолындағы микропластиктердің жинақталуын зерттеу, кең ауқымды микропластик ластануын анықтау үшін биоиндикатор ретінде пайдаланылуда.

Химиялық ластаушылар

Микроорганизмдер су және құрлық экожүйелерінің саулығын бағалау үшін индикаторлар ретінде қолданылуы мүмкін. Микроорганизмдер көп мөлшерде таралғандықтан, оларды басқа организмдерге қарағанда сынау оңай. Кейбір микроорганизмдер кадмий және бензол сияқты зиянды заттарға ұшырағанда, стресс-протеиндері деп аталатын жаңа ақуыздарды өндіреді. Бұл стресс-протеиндері ластану деңгейінің өзгеруін ерте анықтауға мүмкіндік беретін ескерту жүйесі ретінде пайдаланылуы мүмкін.

Мұнай және газ іздеуде

Мұнай мен газды микробиологиялық іздеу (MPOG) мұнай мен газ кездесуі мүмкін болжамды аймақтарды анықтау үшін қолданылуы мүмкін. Көп жағдайларда мұнай мен газ жер бетіне шығуы белгілі, себебі көмірсутекті қойма әдетте мұнайдың бетке көтерілу күштерінің, герметтеу қысымын жеңіп, жер бетіне ағып шығуы мүмкін. Бұл көмірсутектер жер бетіне жақын топырақтағы химиялық және микробиологиялық өзгерістерге әсер ете алады немесе тікелей анықталады. MPOG үшін қолданылатын техникаларға ДНК талдауы, көмірсутек негізді ортада топырақ үлгісін өсіруден кейін қарапайым микроорганизмдерді санау, немесе өсіру ортасындағы көмірсутек газдарының тұтынылуын бақылау кіреді.

Су сапасындағы микротоқырамалар

Микроводорослар соңғы жылдары бірнеше себепке байланысты назар аударуда, соның ішінде олардың көптеген басқа организмдерге қарағанда ластағыштарға жоғары сезімталдығы. Бұған қоса, олар табиғатта кең таралған, көптеген тағамдық тізбектердің маңызды құрамы болып табылады, оларды өсіру және сынақтарда қолдану оңай, ал оларды пайдалануда этикалық мәселелерге тап болу сирек. Euglena gracilis – қозғалмалы, тұщы судағы фотосинтездік флагеллят. Эуглена қышқылға төзімді болғанымен, ауыр металдар немесе органикалық және бейорганикалық қосылыстар сияқты қоршаған ортаның стресстеріне жылдам және сезімтал жауап береді. Типик жауаптар – қозғалыстың тежелуі және бағдарлау параметрлерінің өзгеруі. Сонымен қатар, бұл организмді ұстап, өсіру өте оңай, осылайша оны экотксикологиялық бағалаулар үшін өте пайдалы құралға айналдырады. Бұл организмнің ерекше қасиеттерінің бірі – ластағыштарға өте сезімтал гравитактикалық бағдарлау. Гравирецепторлар ауыр металдар, органикалық немесе бейорганикалық қосылыстар сияқты ластағыштармен зақымданады. Сондықтан, мұндай заттардың болуы су жолындағы жасушалардың кездейсоқ қозғалысымен байланысты. Қысқа мерзімді сынақтарда E. gracilis-тің гравитактикалық бағдарлауы өте сезімтал. Paramecium biaurelia (Paramecium aurelia) сияқты басқа да түрлер де гравитактикалық бағдарлауды қолданады. Флагеллят Euglena gracilis-тің қозғалғыштығын ықтимал ластанған су үлгісінің әртүрлі еңкейтулерінде өлшейтін құрылғыны пайдаланып, автоматты биологиялық сынақ жүргізуге болады, бұл EC50 (организмдердің 50 пайызына әсер ететін үлгінің концентрациясы) және G мәнін (токсикалық әсерді анықтау мүмкін емес ең төменгі еңкейту коэффициенті) анықтауға мүмкіндік береді.

Макроортасыздар

Макроортасыздар су объектілері мен құрлықтағы экожүйелердің экологиялық денсаулығының пайдалы және ыңғайлы көрсеткіштері болып табылады. Олар көбінесе кездеседі, сынап алу және анықтау оңай. Бұл, ең алдымен, көптеген макроортасыздардың қалыс көзбен көрінетіндігіне, олардың өмірлік циклінің қысқа (көбінесе бір маусымға созылады) және көбінесе қозғалмауына байланысты. Сонымен қатар, олар тропикалық орман сияқты адам қызметінен (мысалы, таңдап ағаш кесу және орман өрттері) туындаған қоршаған ортаның нашарлауына сезімтал.

Су сапасын тексеру үшін бентологиялық көрсеткіштер

Бентостық макроомыртқасыздар ағынның немесе өзеннің бентостық аймағында табылмайды. Олар су жәндіктерінен, шаянкөздерден, құрттардан және моллюскалардан тұрады, олар өзендердің өсімдіктері мен арналарында тіршілік етеді. Бұл оларды көптеген зерттеулер үшін пайдалы етеді, себебі оларды балықтар сияқты ірі түрлерді ұстауға жеткіліксіз тереңдіктегі арналарда табуға болады.

Әлемдік мәнмәтін

Еуропада Су туралы негізгі директива (WFD) 2000 жылдың 23 қазанында күшіне енді. Ол барлық ЕО мүше мемлекеттерінен жер үсті және жер асты су объектілерінің жағдайының жақсы екенін көрсетуді талап етеді. WFD мүше мемлекеттерден белгілі бір су санаттары үшін биологиялық ағын компоненттерінің сақталуын бағалауға арналған мониторинг жүйелерін енгізуді талап етеді. Бұл талап Еуропадағы өзендердің денсаулығын анықтау үшін қолданылатын биометриялық зерттеулердің көбеюіне әкелді.

Оңтүстік Африкада Оңтүстік Африкалық бағалау жүйесі (SASS) әдісі бентос макроомыртқасыздарына негізделген және Оңтүстік Африка өзендеріндегі су сапасын бағалау үшін қолданылады. SASS су биомониторинг құралы соңғы 30 жылда жетілдірілді және қазір ISO/IEC 17025 протоколына сәйкес бесінші нұсқада (SASS5) жұмыс істейді. SASS5 әдісін Оңтүстік Африка Су істері департаменті өзендердің денсаулығын бағалаудың стандартты әдісі ретінде пайдаланады, ол Ұлттық өзендердің денсаулығын бағалау бағдарламасын және Ұлттық өзендер дерекқорын қамтамасыз етеді. Теңіз шырынының ит құлақты түріндегі импосекс құбылысы әйелдерде жыныс мүшесінің қалыптан тыс дамуына алып келеді, бірақ бедеулікке себеп болмайды. Осы себепті, бұл түр Малайзия порттарындағы органикалық қалайы қосылыстарымен ластанудың сенімді индикаторы ретінде ұсынылған.