Реферат: Биоиндикация водной фауны по анатомическим и физиологическим показателям
3. специфичность отклика переменной к фактору, его вызывающему;
4. возможность возврата переменной к своему первоначальному значению после прекращения действия возмущающего фактора;
5. специфичность действия фактора для определения группы организмов.
Вторую группу составляют следующие критерии:
1. характер связи отклика переменной с действующим загрязнением;
2. интенсивность действующего фактора, вызывающего наблюдаемый отклик переменной;
3. пределы изменения величины действующего фактора, вызывающие наблюдаемый эффект;
4. величина отрезка времени, в течение которого формируется отклик (часы, дни, годы);
5. легкость обнаружения превышения “сигнала” отклика над природным фоном (шумом”);
6. точность измерения наблюдаемого отклика переменной.
B третью группу критериев входят:
Оценка стоимости измерения отклика переменной, которая включает стоимость капитального оборудования, обучения персонала и штатов, a также оценка диапазона использования отклика переменной в программах биологического мониторинга. Обычно программы биологического мониторинга строятся таким образом, чтобы он включали намерение как неспецифических, так и специфических биологических откликов. Так как отклики на высших уровнях организации (популяции и сообщества) более важны с экологической точки зрения, по практически не несут информации об изменениях на низших уровнях организации - клеточном и молекулярном. B то же время последние являются более чувствительными и специфичными показателями. В этом случае выбранная биологическая переменная будет либо общим (неспецифическим) показателем изменений окружающей среды, так как загрязнение обычно представляет собой комбинацию разнообразных веществ и переменных окружающей среды, либо специфическим откликом на известный класс веществ, выбранный для определения связи “причина-эффект”. Если программой биологического мониторинга предусмотрена оценка состояния окружающей среды с учетом общих и специфических показателей, то в программу надо включать биологические переменные, отвечающие разным уровням биологической организации.
Молекулярный уровень.
Рассматривая два организма на молекулярном уровне, принадлежащие к одному семейству или отряду, a иногда и к разным таксонам, мы видим больше сходства, чем различия. Высокая степень сходства молекулярно-клеточной организации и биохимических превращений по сравнению с более высокими уровнями организации не может не удивлять. Это удается проследить при переходе от самого низкого уровня организации живого к высшему. И, несмотря на то, что различие удается установить только на молекулярном уровне организации, атомный, т. е. домолекулярный, уровень не входит в иерархическую структуру живого органического мира; оказывается, что именно здесь обеспечивается высокая степень универсализма как структуры и функции молекул, так и биохимических реакций. Заметные различия обнаруживаются даже у близкородственных видов только при переходе на более высокие уровни организации (ткань, органы, организм).
Эти соображения позволяют предположить, что ответные реакции разных организмов, относящихся к одному семейству или роду, при действии токсических веществ на молекулярном уровне не будут сильно различаться. Это в свою очередь дает возможность экстраполировать результаты, полученные в опытах с одними организмами на тканевом или организменном уровне. B настоящее время имеется большой выбор переменных, используемых в биохимии и молекулярной биологии, которые могут быть включены в программы мониторинга, осуществляемого для молекулярного уровня. B соответствии с ранее описанными критериями к молекулярному уровню отнесены следующие биологические переменные: отношение концентраций таурин/глицин, концентрация металлотионеинов, содержание стероидов, содержание оксигеназы со смешанной функцией, энергетический заряд, хромосомные нарушения. Перечисленные биологические переменные можно разделить, на две группы: специфические, реагирующие на определенные вещества, и неспецифические, реагирующие на любые воздействия, включая загрязняющие и биогенные вещества.
Оксигеназы со смешанной функцией.
Цитохром P-450 - гемопротеид, содержащийся в оксигеназных системах, можно без преувеличения отнести к универсальной молекуле. Она обнаружена у бактерий, высших растений и млекопитающих. Наряду с основными функциями цитохром; P-450 может принимать участие в метаболизме чужеродных соединений. В определенных условиях изменение активности оксигеназы со смешанной функцией у организмов, взятых в качестве пробы из естественных популяций, может свидетельствовать о хроническом или остром загрязнении морской среды нефтепродуктами. Вероятно, предсказательная ценность этого показателя повысится, если будут уточнены границы его применимости.
Металлотионеины.
Процессы детоксикации некоторых тяжелых металлов у многих видов морских рыб, моллюсков и ракообразных идут путем их связывания с металлотионеиновыми белками. Так, например,при действии ртути в концентрации 5 мкг/л на лосося было обнаружено значительное увеличение концентрации ртути в тканях, связанное с ферментно-белковым аулом, и снижение значений показателя роста (Сариххо, 1981). При действии ртути в концентрации 1 мкг/л подобного эффекта не наблюдалось, по-видимому, потому, что весь металл образовывал комплексы с металлотиопеинами. B таких случаях о токсическом действии по концентрации металлов в тканях морских организмов можно судить с определенной осторожностью. Однако не все тяжелые металлы могут подвергаться детоксикации путем образования комплексов с металлотионеиновыми белками. Несмотря на это ограничение, содержание металлотионеинов в организмах, взятых из загрязненных экосистем, следует отнести к перспективным специфическим переменным, которые могут занять достойное место в системе мониторинга загрязнения морской среды тяжелыми металлами.
Энергетический заряд.
Показатель энергетического состояния организма позволяет оценивать количество химически связанной энергии, запасенной в пуле адениновых нуклеотидов и доступной в данный момент для метаболических процессов в организме. Энергетический потенциал определяется по формуле
ЭП= (АТФ+1/2АДФ) / (АТФ+АДФ+АМФ)
Установлено, что активность одних ферментов зависит от концентрации АТФ, активность других определяется концентрациями АДФ, АМФ или соотношениями АТФ/АМФ; АТФ/АДФ. Энергетический потенциал, являясь показателем энергетического состояния клетки, отражает общее регуляторное воздействие адениновых нуклеотидов на уровень клеточного метаболизма. Энергетический потенциал может измениться под действием внешних факторов. Снижение его значения до 0,5-0,75 означает, что процессы потребления и аккумулирования энергии разбалансированы под влиянием неблагоприятных факторов. 13 стрессовых условиях значения энергетического потенциала ниже 0,5 (Chapman et a1., 1971).
Основные достоинства метода с использован нем энергетического потенциала в качестве показателя воздействия загрязняющих веществ на биоту заключаются в следующем:
1. разность между значениями энергетического потенциала в нормальных и стрессовых условиях есть величина постоянная для данного организма;
2. внутривидовые различия значений энергетического потенциала очень малы, что позволяет работать с выборкой небольшого объема;
3. ответ на стрессовое воздействие может быть зарегистрирован быстрее, чем при использовании других показателей, к недостатку этого показателя относится, прежде всего, то, что при постоянном значении энергетического потенциала время обращения может значительно варьировать (Кпоw1ев, 1977). Поэтому стрессовые воздействия, влияющие на время обращения пула адениновых нуклеотидов, зарегистрировать трудно.
Стероиды.
Исследования метаболизма стероидных гормонов у морских рыб и млекопитающих свидетельствуют о том, что сублетальные концентрации загрязняющих веществ могут повлиять на ферментные системы, ответственные за стероидогенез, который в свою очередь определяет функционирование гомеостатического механизма животных. Обнаружена достоверная корреляция между влиянием сублетальных концентраций некоторых загрязняющих веществ и метаболизмом стероидных гормонов у птиц, рыб и морских млекопитающих. Однако эти данные были получены на небольшом экспериментальном материале и лишь в нескольких лабораториях. Поэтому показатель активности метаболизма стероидных гормонов сможет найти место в программах мониторинга на молекулярном уровне лишь мосле дополнительных исследований на широкой группе позвоночных и беспозвоночных животных. Именно по этой причине этот показатель не может быть рекомендован для включения в ныне действующие программы мониторинга.
Рис. 1. Генетические последствия влияния загрязнения на популяцию
Хромосомные нарушения.
Хроническое или случайное присутствие загрязняющих веществ антропогенного может привести, к различным нарушениям генетического плана (рис. 1). Например, присутствие загрязняющих веществ может изменить состав генетического пула, что в условиях генетической изменчивости в пределах популяции приведет в результате адаптации к изменению усредненного фенотипа популяции. Загрязняющее вещество может непосредственно влиять на генетический материал или вызывать различного рода мутации. При наличии специальной системы лабораторных тестов на мутагенность генетик может определить, какие вещества, поступающие в среду, обладают мутагенными свойствами.
Уровень ограноидов
Стабильность лизосом
Лизосомы во многих отношениях являются идеальной клеточной органеллой для исследований интегрального отклика на воздействие неблагоприятных факторов среды. Лизосом-фагосомный комплекс образует вакуолярную внутриклеточную пищеварительную систему, которая способна катаболизировать как эндогенные клеточные компоненты, так и экзогенные вещества. Считают, что в норме основной функцией лизосом является расщепление цитоплазматических компонент внутри вакуоли. В стрессовых условиях лизосомы могут перейти на гетерофагию, которая включает эндоцитоз (пиноцитоз и фагоцитоз). Главным образом питательных веществ из внеклеточной среды и их последующий транспорт в лизосом-вакуолярную систему. Таким путем может происходить внутриклеточное потребление внеклеточных веществ.
Одним из фундаментальных биохимических свойств лизосом является изоляция обладающих огромной разрушительной силой гидролитических ферментов. При нарушении стабильности мембран при определенных условиях возможны активизация гидролитических ферментов и в некоторых случаях выход их в цитоплазму, приводящий к частичному или полному цитолизу. Обнаружено, что лизосомы некоторых позвоночных, моллюсков и рыб способны накапливать ароматические углеводороды, асбест, кремнезем, производные аминоазобензина, бериллит, металлические порошки и вирусы, a также ионы меди, железа, свинца, цинка, никеля, серебра, ртути и плутония. Когда накопление этих веществ в лизосомах превышало некоторый уровень, мембраны лизосом разрушались и, как следствие, наблюдалась активация н выход ферментов в цитоплазму.
Клеточный уровень