Оценка здоровья окружающей среды посредством метода флуктулирующей асимметрии на примере рыб Курсовая работа (проект)

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время весьма актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенными причинами. Система этих наблюдений и прогнозов составляет суть экологического мониторинга. В этих целях все чаще применяется и используется достаточно эффективный и недорогой способ мониторинга среды - биоиндикация, т.е. использование живых организмов для оценки состояния окружающей среды.

По степени развития отдельных органов и структур, интенсивности протекания основных процессов, их жизненному состоянию можно судить о соответствии условий среды потребностям живых организмов [1].

Метод мониторинга окружающей среды, основанный на исследовании воздействия изменяющихся экологических факторов на различные характеристики биологических объектов и систем, дает представление о закономерностях и механизмах формирования реакции биологических систем на совместное действие факторов разной природы, биоиндикационные показатели ясно отражают картину состояния самих живых организмов. Организм в нормальных условиях реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов, поддерживающих оптимальное протекание процессов развития. Эти механизмы, под воздействием неблагоприятных условий, могут быть нарушены, что приводит к изменению развития. Базовые изменения функционирования живых существ отражают изменение гомеостаза развития и находят выражение в процессах, протекающих на разных уровнях, от организменного до молекулярного, и соответственно, могут быть оценены с использованием различных методов по разным параметрам. Прежде всего, уровень гомеостаза развития может быть оценен с морфологической точки зрения [10]. Метод флуктуирующей асимметрии применяется для этой цели. Небольшие ненаправленные (случайные) отклонения от двусторонней симметрии у организмов или их частей называют флуктуирующей асимметрией. Как индикатор состояния среды, степени антропогенного загрязнения величину флуктуирующей асимметрии используют у разных видов организмов [11].

Цель работы: Изучить влияние окружающей среды на морфологические изменения рыб.

Задачи: - Изучить методы оценки загрязнений окружающей среды;

- Изучить метод флуктуирующей асимметрии ( на примере рыб).

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Для получения объективной информации о состоянии и об уровне загрязнения различных объектов окружающей среды необходимо располагать надёжными средствами и методами экологического контроля. Повышение эффективности контроля за состоянием природной среды может быть достигнуто повышением производительности, оперативности и регулярности измерений, увеличением масштабности охвата одновременным контролем; автоматизацией и оптимизацией технических средств контроля и самого процесса [26].

Средства экологического наблюдения и контроля подразделяются на контактные, неконтактные (дистанционные), биологические, а контролируемые показатели – на функциональные (продуктивность, оценка круговорота веществ и др.) и структурные (абсолютные или относительные значения физических, химических или биологических параметров – концентрация загрязняющего вещества, коэффициент суммарного загрязнения и др.) [7].

Контактные методы контроля окружающей среды.

Контактные методы контроля состояния окружающей среды представлены как классическими методами химического анализа, так и современными методами инструментального анализа [23].

Классификация контактных методов анализа:

1. Химические: а) гравиметрические; б) титриметрические

2. Физико-химические: а) спектральные; б) электрохимические; в) хроматографические

3. Физические: а) магнитная спектроскопия; б) массспектрометрия; в) рентгеноспектральный анализ

Наиболее применяемые спектральные, электрохимические и хроматографические методы анализа объектов окружающей среды.

Спектральные методы анализа делятся на:

1. Атомная спектроскопия: а) жесткие излечения (нейтронноактивационный анализ, рентгеноспектральный и рентгенофлуоресцентный анализ); б) УФ-видимая спектроскопия (эмиссионный спектральный анализ, атомноабсорбционный спектральный анализ)

2. Молекулярная спектроскопия: а) фотометрия (УФ-видимая спектроскопия), б) люминесцентные методы (Флуоресцентный анализ, Хемилюминесцентный анализ), в) методы структурного анализа ( радиоволновая спектроскопия, ИК-спектроскопия) [30].

Электрохимические методы анализа делятся на:

1. Методы без протекания электродной реакции: а) прямые кондуктометрические измерения, б) кондуктометрическое титрование;

ГЛАВА 2 РЫБЫ КАК ОБЬЕКТ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Многочисленные публикации свидетельствую об успешности использования рыб как индикаторов нарушений «здоровья» экосистемы при токсичном загрязнении вод [30]. Рыбы занимают верхний уровень в трофической системе водоемов. В условиях интенсивного загрязнения степень устойчивости организма рыб определяется способностью эффективно метаболизировать и выводить поступающие в организм токсиканты [17]. Патологические изменения в их организме позволяют определить степень токсичности водной среды, оценить кумулятивные эффекты, а также сформировать представление о потенциальной опасности группы веществ, поступающих в водоем, и для человека. Изменения физиологических показателей рыб регистрируются численными значениями, которые возможно использовать при построении доза-эффектных зависимостей. Поэтому в ряде крупных международных проектов (MOLAR, LIMPACs, AMAP, ICP-Water и др.) в оценках экологических последствий загрязнения вод предпочтение отдается исследованию рыб на уровне организма.

Предложенный методический двухуровневый подход, позволяет сочетать в оптимальном соотношении возможность получения массового материала и установления точного диагноза. Выделен первый макроуровень обследования индивидуумов, по которому заболевания выявляются на основе массового визуального обследования организмов и предварительный диагноз устанавливается по клиническим и патологоанатомическим симптомам отравлений.

Второй микроуровень диагностики включает в себя гематологические, гистологические, биохимические, инструментальные физиологические и другие методы. Последние не могут быть массовыми в силу трудоемкости, но используются для уточнения диагноза и оценки последствий патологических изменений в организме рыб. Необходимым условием является также отбор проб от здоровых особей для установления «нормы» физиологического состояния.

Метод клинического и патоморфологического анализа заболеваний (макроуровень). В 1970-е г. методы патофизиологических исследования рыб получили широкое развитие в связи с участившимися случаями их массового отравления вследствие загрязнения природных водоемов. Методы клинического и патолого-анатомического обследования организмов, применяемые в ветеринарии и медицине, были использованы для обследования рыб с целью оценки последствий токсичного загрязнения водоемов [20].

Метод клинического и патологоанатомического обследования организма применяется для массового обследования рыб в зонах загрязнения. Визуальное определение признаков интоксикации организма (макродиагностика) проводится в

ГЛАВА 3 МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЫБ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ БИОИНДИКАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Способность организма функционировать без отклонений от нормы, т. е. стабильность развития, является достаточно чувствительным показателем состояния природных популяций. В нормальных условиях организм реагирует на воздействия среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Под воздействием неблагоприятных условий эти механизмы могут быть повреждены, что приводит к нарушению развития, что хорошо выявляется при оценке стабильности развития по уровню флуктуирующей асимметрии [12].

Для оценки экологического состояния водоемов проводят исследования морфофункционального состояния половых желез, печени и жаберного аппарата у ряда видов сиговых, карповых и окуневых рыб из разнотипных водоемов разных природно-климатических зон, которые показали высокую надежность их оценки с применением гистологических методов биоиндикации [9].

Жаберный аппарат первым подвергается воздействию экотоксикантов различной природы, и потому цитоморфологические характеристики жаберного эпителия являются важнейшими индикаторами состояния окружающей водной среды. Проявляющиеся в нем отклонения можно рассматривать в качестве следствия морфофункциональных изменений адаптационного характера – от изменения длины респираторных ламелл, увеличения толщины афферентной зоны (дистанции «кровь-среда»), количества и размеров респираторных клеток, до формирования «чехла» на поверхности жаберных лепестков как морфофункционального барьера, препятствующего интоксикации. В жабрах рыб из загрязненных водоемов отмечены гиперплазия и гипертрофия эпителия филаментов (первичного) и ламелл (вторичного), хронические застойные явления в жаберных лепестках, кровоизлияния, сосудистые изменения. Установлена адгезия филаментов и респираторных ламелл, некроз эпителиальных клеток и редукция ламелл, их отечность, вызванная повышением капиллярной проницаемости. Наибольшие патологические изменения выявляются у сиговых рыб в период их зимовки в водоемах и нерестовой миграции в загрязненную часть водоемов. Количественная оценка приводится в численности (%) рыб, обладающих отклонениями в жаберном эпителии. В отличие от сиговых, отклонения в жаберном аппарате у карповых рыб выявляется в наиболее загрязненных участках притоков рек или в водоемах вблизи промышленных зон и жилищной застройки [15].

Печень, являясь одним из основных органов, принимающих активное участие в процессах модификации и детоксикации ксенобиотиков, в условиях

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате изучения и обобщения литературы по данной теме можно сделать следующие выводы:

1. В настоящее время существуют различные методы оценки загрязнения окружающей среды: контактные (химические, физико-химические, физические); спектральные методы анализа (атомная спектроскопия, молекулярная спектроскопия); электрохимические методы (методы без протекания электродной реакции, методы основанные на протекании электродной реакции); хроматографические методы (газовая хроматография, газожидкостная хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография, онкослойная хроматография); дистанционные методы (аэро-космические, геофизические); биологические методы контроля (биоиндикации, биотестирование); перспективные методы (газовая хроматография, высокоэффективная жидкостная хроматография и др.).

2. Метод флуктуирующей асимметрии позволяет оценить состояние природных популяций и качества среды в целях биомониторинга по показателям здоровья или жизнеспособности отдельных особей.

При изучении рыб используется 5-и бальная шкала оценки здоровья окружающей среды: I класс, качество среды – условно нормальное; II класс - начальные (незначительные) отклонения от нормы; III класс - средний уровень отклонений от нормы; IV класс - существенные (значительные) отклонения от нормы; V класс - критическое состояние.