Оценка здоровья окружающей среды посредством метода флуктулирующей асимметрии на примере рыб

Содержание

Выдержка из работы

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.

Список литературы

1. Алексеев, С.В. Изучаем экологию экспериментально Практикум по экологической оценке состояния окружающей среды.: / С.В. Алексеев, А.М. Беккер. - Санкт-Петербург, 1993. – 232 с.

2. Аранович, Г.И. Справочник по физико-химическим методам исследования объектов окружающей среды / Г.И. Аранович [и др.]. -Л.: Судостроение, 1979. – 167 с.

3. Богдановский, Г.А. Химическая экология / Г.А. Богдановский. – М.: МГУ, 1994. 237 с

4. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. - М., Мир, 1988. – 150 с.

5. Биологические методы оценки природной среды / Под редакцией Н.Н. Смирнова – М.: Наука, 1978. – 260 с.

6. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учебное пособие для студ. высш. учеб. Заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Сарапульцева, Т.И. Евсеева [и др]; под ред. О.П. Зелеховой и Е.И. Сарапульцевой. – 2-е издание, испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 120 с.

7. Булгаков, Н.Г. Индикация состояния природных экосистем и нормирование факторов окружающей среды: обзор существующих подходов // Успехи современной биологии. - 2002. – Т. 122. - №2. - С. 115-135.

8. Охрана окружающей среды / под ред. С.А. Брылова. – М.: Высшая школа, 1985. – 272 с.

9. Гашев, С. Н. Зооиндикаторы в системе регионального экологического мониторинга Тюменской области: методика использования / С.Н. Гашев [и др.]. – Тюмень.:ТюмГУ, 2006. – 132с.

10. Голубев, И.Р. Окружающая среда и ее охрана / И.Р. Голубев, Ю.В. Новиков. - М., 1985. – 180 с.

11. Захаров, В.М. Асимметрия морфологических структур животных, как показатель незначительных изменений состояния среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Л., 1981. - С. 115-123.

12. Захаров, В.М. Асимметрия морфологических структур животных как показатель незначительных изменений состояния среды // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981.- Т.4. –С.59-66.

13. Захаров, В.М. Асимметрия животных / В.М. Захаров. - М.: Наука,1987. – 216 с.

14. Захаров, В.М. Здоровье среды: практика оценки. / В.М. Захаров [и др.]. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 175 с.

15. Захаров, В.М. Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях / В.М. Захаров, А.Т. Чубинишвили. – М.: 2001. - 136 с.

16. Караганов, В.В. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур) / В.В. Караганов. - М., 2003. - 28 с.

17. Лукьяненко, В.И. Иммунология рыб, врожденный иммунитет / В.И. Лукьяненко. – М.: Агропром-издат., 1989. – 271 с.

18. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. Вузов / О.П. Мелехова. - М., 1997. - 13 c.

19. Моисеенко, Т.И. Биологические методы оценки качества вод : Часть 1. Биоиндикация / Т.И. Моисеенко // Вестник Тюменского государственного университета, 2010. – № 7. – 40 с.

20. Моисеенко, Т.И. Патологии рыб в загрязненных водоемах Субарткити и их диагностика / Т.И. Моисеенко, А.А. Лукин // Вопр. Ихтиологии. 1999. -№ 4. – С. 535-547.

21. Моисеенко, Т.И. Теоретические основы нормирования антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики / Т.И. Моисеенко. – Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1997. – 261 с.

22. Немова, Н.Н. Биохимическая индикация состояния рыб / Н.Н. Немова, Р.У. Высоцкая. – М.: Наука, 2004. - 316 с.

23. Поляков, В.А. Практикум к курсу Проблемы экологии, окружающей среды и рациональное природопользование / В.А. Поляков. - Краснодар.: 1995. – 205 с.

24. Реймерс, Н.Ф. Экологизация. Введение в экологическую проблематику / Н.Ф. Реймерс - М.: РОУ, 1992. – 255 с.

25. Решетников, Ю.С. Метод экспертной оценки состояния особи и популяции сиговых рыб / Ю.С, Решетников // Биология и биотехника разведения сиговых рыб. – СПб.: ГосНИОРХ, 1994. - С. 115-118.

26. Тарарина, Л.Ф. Экологический практикум для студентов и школьников (Биоиндикация загрязнений среды) / Л.Ф. Тарарина. – М.: Аргус, 1997. – 196 с.

27. Хорошеньков Е. А. Флуктуирующая асимметрия серебряного карася в некоторых водоемах Северо-Западного Предкавказья / Е.А. Хорошеньков // Молодой ученый. — 2012. — №8. — С. 54-57.

28. Хорошеньков, Е.А. Особенности флуктуирующей асимметрии при использовании ее в биомониторинге // Биоразнообразие наземных и водных животных и зооресурсы: материалы Всерос. науч. конф. / Е.А. Хорошенько. - Краснодар, 2013. - С. 7-8.

29. Adams, S.M., Ryon, M.G. A comparison of health assessment approaches for evaluating the effects of contaminant-related stress on fish populations // Journal of Aquatic Ecosystem Health. 1994. - V. 3. - Р 15-25.

30. McKennedy, C.L., Matthews, E. Alteration in the energy metabolism an estuarine mysed (Mysidopses bahia) as indictor of stress from chronic pesticide exposure // Mar. Environ. Res. 1990. V. 30. P. 1-19.