Объектом биологического мониторинга является. Роль биологического мониторинга в сохранении здоровья работников

В исследованиях состояния природы применяется мониторинг (лат. monitor - "предостерегающий") - многоцелевое длительное наблюдение за состоянием и изменениями изучаемого объекта. Мониторинг необходим для выявления загрязнения окружающей среды, установления изменений в видовом разнообразии в биогеоценозах для обнаружения и спасения редких, исчезающих биологических видов на нашей планете. При проведении мониторинга наряду с биологическими методами используются физические, химические, географические, космические (например, зондирование с искусственных спутников, космических кораблей).

Проведение многих биологических исследований требует особых навыков, а также внимания, терпения и тщательности в работе. Однако известно немало открытий, сделанных в биологии очень молодыми людьми, студентами и даже школьниками. Вы также можете провести настоящее исследование с наблюдением и экспериментом и подготовить отчет о его результатах. исследование биологический моделирование

Каждый исследователь обязательно ведет дневник наблюдений (его также называют полевым дневником). По многовековой традиции принято делать все записи простым карандашом, так как такие записи не пропадут, даже если дневник намокнет под дождем, упадет в снег, пропитается формалином или долго пролежит на ярком солнце. Никакие чернила не выдержат подобных испытаний.

Все собранные данные необходимо грамотно обработать. Для этого созданы специальные математические формулы, которые позволяют подтвердить достоверность статистических биометрических расчетов. Как правило, достоверность результатов основана на большом числе фактов. Чем больше проведено измерений, тем выше достоверность их среднего показателя. Результаты обобщают и для наглядности оформляют в таблицы, графики и диаграммы.

О формах моделирования биологических понятий

Построение моделей как одна из сторон диалектической пары противоположностей анализ-синтез имеет много аспектов, из которых некоторый выдвигается на первый план.

Особенно существенным при построении моделей является аспект отражения, понимаемого в смысле теории познания.

Каждая модель хранит знания в надлежащей форме; при этом запоминание знаний, как правило, связано с уменьшением избыточности. Поэтому каждая модель имеет также языковую функцию. Содержание знаний является семантической стороной; способы, с помощью которых знания вводятся в модель, кодируются в ней, являются синтаксической стороной. Последний языковой компонент имеет большое значение при активизации модели при каждом приведении ее в действие.

Но в то же время модель в своей функции как структура для хранения знаний является связующим звеном между теоретическим и эмпирическим познанием. Фразу "нет ничего проще хорошей теории" следует воспринимать дословно. Формализованная теория позволяет описать большое число частных фактов с помощью наибольшего числа основных результатов. Следовательно, главное назначение теории - в уменьшении избыточности, обусловленной изобилием частных фактов, и связанных с этим более глубоким познанием закономерных связей.

В основе каждой модели лежит более или менее развитая теория отображаемого объекта; эта теория укладывается в синтаксически установленные рамки, в концепцию системы, положенную в основу конкретного построения модели.

Системная концепция фиксирует общие рамки модели, иначе говоря, определяет структуру памяти модели. Конкретная форма модели, в которой она может действовать в качестве замены только одного конкретного объекта, получается благодаря тому, что экспериментальные, то есть эмпирические, данные приводятся в соответствии с этими рамками, то есть для параметров модели, ее степеней свободы шаг за шагом устанавливаются все более достоверные значения. В этом смысле каждая разработанная модель выражает компромисс между теорией и практикой, между теоретическими познаниями и эмпирическими данными.

Основным стержнем системы развивающего обучения является деятельностный подход. Поэтому содержание обучения задано в виде способов детских действий, а значит, результатом такого обучения будет ряд способностей, которыми овладеют дети в ходе обучения. Но какие именно человеческие способности кроются в способах работы с биологическими объектами? Какие из этих способностей уместно делать предметом школьного курса обучения биологии? Что такого особенного есть в биологии, чего не может дать детям изучение химии, физики и истории? Таким образом, я, как будущий учитель биологии, должна найти то уникальное, что бы показать, что мой предмет может дать формирующемуся сознанию ученика.

Для биологии ключевым словом является слово "развитие". Философы биологии все чаще обращают внимание на то, что биология со времени Ч. Дарвина все более формируется как наука о возникновении и развитии органического мира. Преимущественное внимание именно к аспекту развития до сих пор отличает биологию от физики и химии, как бы ни усиливалась ее зависимость от этих наук.

Усвоение понятия развития предполагает овладение особым способом рассмотрения живого - потенциальным действием с ним. Овладение понятием развития помогает становлению у человека способности к осторожной и внимательной оценке событий, умению видеть эти события в связи с другими, а не изолированно; способности предвидеть разные возможные варианты развертывания событий, последствия вмешательства в динамику сложных системных объектов; способности реконструировать ход уже свершившегося процесса.

Моделирование - это метод создания и исследования моделей. Изучение модели позволяет получить новое знание, новую целостную информацию об объекте.

Существенными признаками модели являются: наглядность, абстракция, элемент научной фантазии и воображения, использование аналогии как логического метода построения, элемент гипотетичности. Иными словами, модель представляет собой гипотезу, выраженную в наглядной форме.

Мониторинговые наблюдения за состоянием ОС охватывают наблюдения за изменением не только абиотической составляющей биосферы, но и ответной реакцией её биотического компонента , что определяет широкий спектр методов и приёмов исследований, используемых при проведении экологического мониторинга. Именно сообщества живых организмов относятся к наиболее показательным при оценке изменений, протекающих в экосистеме под влиянием антропогенных факторов, т. к. они являются конечным звеном протекающих в биогеоценозах процессов. Поэтому для мониторинга окружающей среды одной из важных составляющих является мониторинг состояния биосферы или биологический мониторинг (биомониторинг) – система наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биотических компонентах, вызванных факторами антропогенного происхождения и проявляемых на организменном, популяционном или экосистемном уровнях. Т. е. это комплекс наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния биологических систем под влиянием антропогенных воздействий.

Основными задачами биологического мониторинга являются:

ü оценка качества изучаемых экосистем (в конечном итоге – с точки зрения возможности их использования человеком);

ü выявление причин наблюдаемых и вероятных структурно-функциональных изменений биотических компонентов и адресная индикация источников и факторов негативного внешнего воздействия;

ü прогноз устойчивости экосистем и допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

ü оценка существующих резервов биосферы и тенденций в их исчерпании (накоплении).

Ещё одно широко используемое определение термина биологический мониторинг – наблюдение за биологическими объектами (наличием видов, их состоянием, появлением случайных интродуцентов и т. д.) и оценка качества окружающей среды с помощью организмов-биоиндикаторов. Биоиндикаторы – это организмы или сообщества организмов, по наличию, состоянию и поведению которых судят об естественных и антропогенных изменениях в среде, в т. ч. о присутствии и концентрации загрязнителей .

Индикаторное сообщество – это сообщество организмов, по скорости развития, структуре и благополучию отдельных популяций микроорганизмов, грибов, растений и животных которого можно судить об общем состоянии среды, включая её естественные и искусственные изменения.

Проведение наблюдений за состоянием ОС с использованием биоиндикаторных организмов называют биоиндикацией. Биоиндикация – это метод оценки изменений в среде при помощи биологических объектов, т. е. определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. Это относится ко всем видам антропогенных загрязнений. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов.

Задачи биоиндикации и биомониторинга:

ü разработка методов и критериев для адекватной оценки уровней антропогенного воздействия с учётом комплексного характера загрязнения;

ü диагностика ранних нарушений в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ.

Биомониторинг и биоиндикация могут осуществляться на различных уровнях организации биосферы: макромолекул, клетки, ткани, органа, организма, популяции, биоценоза .

Проведение биологического мониторинга имеет как преимущества, так и недостатки по сравнению с аналитическими методами оценки качества ОС.

Преимущества биомониторинга:

ü доступность и дешевизна по сравнению с химическими методами;

ü получение интегральной оценки влияния комплекса загрязняющих веществ;

ü возможность использовать биоиндикаторы на всех уровнях организации;

ü возможность распознавать ранние симптомы нарушения экосистем, трудно регистрируемые химическими методами, на момент, пока расходы на восстановление не стали слишком велики.

Недостатки использования биоиндикаторов:

ü трудность интерпретации реакции организмов на действие различных факторов и точной количественной оценки степени воздействия факторов – для большинства видов реагирование на любое техногенное воздействие (если оно не носит катастрофический характер) принципиально не отличается от выработанных в ходе эволюции тривиальных реакций на колеблющиеся изменения среды;

ü существенная многомерность факторов среды и измеряемых параметров экосистем;

ü недостаточный уровень знаний о реакции живых организмов и экосистем в целом на действие антропогенных факторов.

Биоиндикация незаменима в случаях, когда: фактор трудно измерить или он не может быть измерен; фактор легко измерить, но трудно интерпретировать.

Критерии выбора биоиндикатора:

ü организм должен давать быстрый ответ;

ü надёжность реакции и повторяемость (ошибка < 20 %);

ü простота интерпретации реакции (делают необязательным применение дорогостоящих трудоёмких физических и химических методов);

ü возможность мониторинга (постоянно присутствующий в природе объект). Наиболее подходит для биоиндикации и мониторинга организм, показывающий линейную связь между уровнями загрязнения среды и реакцией организма.

Основные требования к биоиндикатору:

ü присутствие в большом количестве в исследуемой экосистеме;

ü широкая представленность в разных географических зонах;

ü лёгкость в идентификации;

ü биология вида-индикатора должна быть хорошо изучена;

ü доступность получения (сбора в природе) или лёгкость в культивировании;

ü отсутствие сезонных отличий;

ü относительная устойчивость к воздействию и накоплению токсиканта;

ü чётко выраженная количественная и качественная реакция на отклонение свойств среды обитания от экологической нормы;

Наземные методы экологического мониторинга.

Физико-химические методы

-Качественные методы . Позволяют определить, какое вещество находится в испытуемой пробе. Например на основе хроматографии . -Количественные методы . -Гравиметрический метод . Суть метода состоит в определении массы и процентного содержания какого-либо элемента, иона или химического соединения, находящегося в испытуемой пробе. -Титриметрический (объемный) метод. В этом виде анализа взвешивание заменяется измерением объёмов, как определяемого вещества, так и реагента, используемого при данном определении. Методы титриметрического анализа разделяют на 4 группы: а) методы кислотно-основного титрования; б) методы осаждения; в) методы окисления-восстановления; г) методы комплексообразования. -Колориметрические методы. Колориметрия - один из наиболее простых методов абсорбционного анализа. Он основан на изменении оттенков цвета исследуемого раствора в зависимости от концентрации. Колориметрические методы можно разделить на визуальную колориметрию и фотоколориметрию. -Экспресс-методы . К экспресс методам относятся инструментальные методы, позволяющие определить загрязнения за короткий период времени. Эти методы широко применяются для определения радиационного фона, в системе мониторинга воздушной и водной среды. -Потенциометрические методы основаны на изменении потенциала электрода в зависимости от физико-химических процессов, протекающих в растворе. Их разделяют на: а) прямую потенциометрию (ионометрию); б) потенциометрическое титрование.

Методы биологического мониторинга

Биоиндикация - метод, который позволяет судить о состоянии окружающей среды по факту встречи, отсутствия, особенностям развития организмов-биоиндикаторов . Биоиндикаторы - организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды обитания. Условия, определяемые с помощью биоиндикаторов, называются объектами биоиндикации.

Биотестирование - метод, позволяющий в лабораторных условиях оценить качество объектов окружающей среды с помощью живых организмов.

Оценка компонентов биоразнообразия - является совокупностью методовсравнительного анализа компонентов биоразнообразия .

Методы статистической и математической обработки данных

Для обработки экомониторинговых данных используются методы вычислительной и математической биологии (в том числе и математическое моделирование), а также широкий спектр информационных технологий .

Географические информационные системы

ГИС является отражением общей тенденции привязки экологических данных к пространственным объектам. Как считают некоторые специалисты, дальнейшая интеграция ГИС и экологического мониторинга приведёт к созданию мощных ЭИС (экологических информационных систем) с плотной пространственной привязкой.

19) Биологический мониторинг

Под биологическим мониторингом следует понимать систему наблюдений, оценки и прогноза любых изменений в биоте, вызванных факторами антропогенного происхождения.

Основной объект наблюдения данного вида мониторинга - отклики биологических систем разного уровня и факторы среды, воздействующие на них. Первоочередная задача - наблюдение за уровнем загрязнения биоты, при которой отклики или биологические последствия, связанные с воздействием загрязнений, регистрируются в рамках специальных подпрограмм.

Биологами накоплен большой объем информации о функционировании биологических систем как в норме, так и в случае отрицательного воздействия антропогенных факторов. Структура программы биологического мониторинга состоит из отдельных подпрограмм, составленных на основе уровней организации биологических систем. Так, субклеточному уровню организации биоты соответствует генетический мониторинг, клеточному - биохимический, организменному - физиологический, популяционному и биоценологическому (сообщества) - экологический биомониторинг. Кроме перечисленных, существуют подпрограммы мониторинга загрязнения биоты, продуктивности биосферы, исчезающих или находящихся на грани исчезновения видов.

Для каждой подпрограммы биомониторинга разрабатывается своя методика наблюдений и устанавливается определенный набор функциональных характеристик. Например, в программах биомониторинга на организменном уровне используются такие показатели как питание, дыхание, выделение и азотный баланс, рост, воспроизводство, состав крови, показатели поведения организмов. В программах биомониторинга на популяционном уровне - это ростовые показатели, воспроизводство, распределение и обилие видов, структура популяции.

Параметры популяционного уровня широко используются для мониторинга летальных и сублетальных концентраций загрязняющих веществ в зависимости от целей программ мониторинга и специфики контролируемых систем. При этом выбранные для наблюдения популяции должны быть частью систем, подвергающихся наибольшему воздействию со стороны загрязняющих веществ.

Отбор видов для данного вида мониторинга является сложной задачей, поскольку для отбора видов необходимы подробные данные о биоте изучаемого района. Объектом наблюдения может быть любая группа организмов: от микрофлоры до мегафауны и морских птиц. Предпочтение отдается видам, чувствительным к потенциальным загрязнениям (даже если они имеют ограниченное экологическое и промысловое значение), представляющим различные трофические уровни, а также ключевым видам, если их роль в сообществе известна. Трудности отбора связаны с особенностями поведения организмов в зависимости от сезона, возраста и миграции во время приливов. При отборе видов учитывают их пространственное распределение и подвижность. Подвижность выбранного вида должна быть невысокой, чтобы иммиграция и эмиграция не влияли на конечные результаты. Предпочтительны виды, ведущие оседлый образ жизни, так как если подвижность вида высокая, данные о структуре популяции и росте будут малоценными, поскольку продолжительность воздействия загрязняющего вещества на них окажется неизвестной из-за возможного избегания мест загрязнения. Виды бентосных систем используются чаще, так как они с пространственной и временной точек зрения менее изменчивы.

Биомониторинг на уровне сообщества. Напомним, что под сообществом обычно понимают ассоциацию популяций, которые взаимодействуют как между собой, так и с окружающей средой. В качестве показателей биомониторинга сообществ выступают биомасса, обилие, видовое разнообразие, число высших таксонов, трофическая структура, а также результаты сравнения сообществ.

В качестве критериев оценки экологического состояния популяций и сообществ выступают структурные и функциональные показатели, характеризующие состояние растительного и животного населения. Под структурными показателями в мониторинге сообществ являются число особей и список видов в сообществе, их изменчивость в пространстве и во времени. Функциональная характеристика сообщества включает качество и количество энергии, протекающей через сообщество.

Оценка воздействия загрязяющих веществ на экосистемном уровне сводится к использованию данных, полученных для уровней популяции или сообществ, из которых оно состоит. Однако эта оценка может оказаться неполной, так как при таком подходе могут отсутствовать данные об изменении важных переменных, характеризующих состояние экосистемы как самостоятельной субъединицы иерархической структуры живого.

Структурной основой экосистемы являются неорганические и органические вещества, факторы среды (температура, свет, ветер и др.), продуценты, консументы и редуценты. Сложные взаимозависимые процессы функционирования экосистемы осуществляется за счет потока энергии, пищевых цепей, круговорота питательных веществ, изменения разнообразия, развития и эволюции во времени и пространстве.

При мониторинге экосистем необходимо выявить чувствительные звенья экосистемы, по которым можно было бы судить о его состоянии. Другим не менее важным подходом является создание имитационных моделей экосистем.

Контроль за изменением популяций и биоценозов и их функционированием под влиянием разных видов антропогенного воздействия проводится в стационарах как на эталонных участках, так и на территориях, подверженных антропогенному воздействию. Особый интерес представляют наблюдения за аккумуляцией растениями и животными химических веществ, выделяемых в процессе промышленного производства, при аварийных выбросах или применяемые в сельском и лесном хозяйстве. Прослеживается их миграция по цепям питания и распределением по трофическим уровням в биоценозах, расположенных в различных природных зонах.

С точки зрения информативности, все подпрограммы биологического мониторинга одинаково ценны и не имеют преимуществ друг перед другом, однако в настоящее время больше внимания уделяется экологическому мониторингу.

Важными функциями биомониторинга является разработка систем раннего оповещения, диагностика и прогнозирование изменения биологических сообществ.

При разработке систем раннего оповещения необходим отбор подходящих организмов и создание автоматизированных устройств, позволяющих достаточно четко выявлять реакцию биоты на антропогенные изменения окружающей природной среды. Такие устройства могут быть использованы для определения качества воды в водоемах и получения оперативной информации о возникновении опасной токсикологической ситуации.

Диагностический блок мониторинга предполагает обнаружение, идентификацию и определение концентрации загрязняющих веществ в биотической составляющей на основе широкого использования организмов-мониторов.

Данные диагноза служат информационной базой для прогнозирования эволюции живых организмов. Прогнозирование позволяет установить скорости накопления загрязняющих веществ, пути их миграции по цепям питания и в конечном итоге определить будущее состояние биологических объектов и среды их обитания.

Биологический и химический методы: см. Луговой мотылек.

Биологический смысл основных религиозных понятий. Краткий словарь.

Биологический мониторинг (сокращённо – биомониторинг ) предназначен для решения трёх основных задач.

1) Информационное обеспечение деятельности по сохранению биоты : определение состояния биотической составляющей биосферы (на различных уровнях организации биосистем) и ее реакции на антропогенное воздействие. Учитывая важнейшую средообразующую роль биоты (разд. 3.1.1), ясно, что задача сохранения последней имеет для человечества первоочередное практическое значение. Очевидны также этический и эстетический аспекты данной проблемы.

2) Оценка состояния окружающей среды по биотическим параметрам. Особую роль играет выявление начальных стадий неблагоприятных изменений среды, к которым многие компоненты биоты намного чувствительнее, чем человек.

3) Исследование содержания различных ингредиентов в биоте относится к биологическому мониторингу довольно условно; скорее, это одна из составляющих общей задачи определения содержания поллютантов в различных средах.

Кроме того, существуют многие частные формы биологического мониторинга для информационного обеспечения конкретных направлений деятельности по охране окружающей среды.

Особой подсистемой биомониторинга может считаться мониторинг популяций конкретных биологических видов. Наблюдения ведутся:

– за средообразующими популяциями, очевидно необходимыми для существования всей экосистемы (например, популяции доминирующих видов деревьев в лесных экосистемах);

– за популяциями-индикаторами, хорошо характеризующими своим со­стоянием степень благополучия той или иной экосистемы и наиболее чувствительными к антропогенному воздействию (например, планктонные рачки Epishura baikalensis в оз. Байкал в зоне воздействия ЦБК);

– за популяциями, имеющими большую хозяйственную ценность (например, ценных видов рыб).

В последнее время увеличивается роль генетического мониторинга (наблюдение возмож­ных изменений в генофонде различных популяций).

Мониторинг популяции человека (как компонента биосферы) тоже может, в известной степени, считаться одной из форм популяционного биомониторинга. Постановлением Правительства РФ № 426 от 01.06.2000 г. от 1 июня 2000 г. утверждено положение о социально-гигиеническом мониторинге – государственной системе наблюдения, анализа, оценки и прогноза состояния здоровья населения и среды обитания человека (на уровнях: федеральном, субъектов федерации, муниципальных образований). Заявленные цели социально-гигиенического мониторинга – формирование федерального информационного фонда, изучение причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и условиями среды, а также обеспечение межведомственной координации деятельности по контролю санитарно–эпидемиологической остановки.

В настоящее время наиболее развита система биологического мониторинга поверхностных вод (гидробиологический мониторинг ) и лесов. Однако даже в этих областях биомониторинг существенно отстает от мониторинга абиотических характеристик среды – как по методологическому, методическому и нормативному обеспечению, так и по количеству наблюдений. Например: наблюдениями за загрязнением поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям охвачены 1166 водных объектов. Отбор проб ведется на 1699 пунктах (2342 створа) по физическим и химическим показателям с одновременным определением гидрологических показателей. В то же время, наблюдения за загрязнением поверхностных вод суши по гидробиологическим показателям производятся лишь в пяти гидрографических районах, на 81 водном объекте (по 170 створам), причем программа наблюдений включает от 2 до 6 показателей. Сеть комплексного мониторинга загрязнения природной среды и состояния растительности (СМЗР) насчитывает всего 30 постов, которые располагаются на территории 11 УГМС (контролирующие органы: Рослесхоз, Госкомэкология России).

В работах по созданию Единой государственной системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) принимает участие Госкомрыболовство России (создание Единой государственной системы мониторинга водных биоресурсов, наблюдений и контроля за деятельностью российских и иностранных рыболовных судов с использованием космических средств связи и специализированных информационных технологий). Мониторинг водных биоресурсов включает:

– мониторинг объектов животного мира, принадлежащих к объектам рыболовства;

– ведение отраслевого кадастра промысловых рыб Российской Федерации;

– мониторинг состояния загрязнения биоресурсов рыбохозяйственных водоемов Российской Федерации и среды их обитания (c целью изучения океанологических основ биопродуктивности, прогноза добычи и охраны наиболее ценных гидробионтов);

– сбор данных для информационного бюллетеня "Радиационная обстановка в рыбопромысловых районах Мирового океана".

Сейчас работы в области биологического мониторинга (в том числе мониторинга экосистем и мониторинга редких и охраняемых видов растительного и животного мира) активно проводятся в ряде регионов. Например, в Тюменской области в 1998-2000 годы успешно реализован первый этап программы "Создание Единой территориальной системы экологического мониторинга Тюменской области". Разработаны методики ведения экологического мониторинга основных биогеоценозов, организована сеть постоянных, опытных площадей для его осуществления в южной зоне области. В Амурской области функционирует подсистема мониторинга растительного и животного мира в части редких и охраняемых видов (МРЖМ) в рамках АМУРСЭМ. Разработана, апробирована и утверждена программа по МРЖМ на период до 2005 г., и др. Развитие системы биомониторинга России отнесено к одной из наиболее актуальных природоохранных задач (Государственный доклад Госкомэкологии, 2000 г.). Согласно принципу ориентации ЕГСЭМ на экосистемный подход, экологический мониторинг обобщает результаты и биоло­гического, и геофизического мониторинга на уровне экологических систем.

Под экологическим качеством среды обитания человека по­нимают интегральную характеристику природной среды, обес­печивающую сохранение здоровья и комфортное проживание че­ловека.

Поскольку человек адаптирован и может комфортно суще­ствовать только в современном биологическом окружении, в при­родных экосистемах, понятие «экологическое качество среды» подразумевает сохранение экологического равновесия в природе (относительной устойчивости видового состава экосистем и со­става сред жизни), которое и обеспечивает здоровье человека.

Адаптация - совокупность морфофизиологических, поведенческих, попу-ляционных и других особенностей данного биологического вида, обеспечиваю­щая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внеш­ней среды.

Необходимо различать цели и способы нормирования и оцен­ки качества среды обитания человека по основным физико-хими­ческим параметрам, с одной стороны, и экологического прогно­за будущего изменения состояния экосистемы и здоровья людей в условиях антропогенного пресса - с другой.

Для общей оценки состояния окружающей среды и определе­ния доли участия отдельных источников в ее загрязнении применяют санитарно-гигиенические и токсикологические нормативы (предельно допустимые концентрации - ПДК - поллютантов, предельно допустимые уровни воздействия - ПДУ). Однако для прогноза результатов влияния антропогенных факторов как на экосистемы, так и на здоровье людей необходимо учитывать так­же и многие показатели, характеризующие реакцию отдельных организмов и экосистемы в целом на техногенное воздействие.

Реакции живых систем на разнообразные химические и физи­ческие факторы и их сочетание характеризуются такими особен­ностями, как интегральность и кумулятивность множества воз­действий, парадоксальные эффекты слабых доз на организмы животных и растений, наличие цепных процессов и отдаленных последствий локальных влияний на различные «этажи» сложно организованных экосистем. Стохастической, трудно предсказуе­мой, является и реакция организмов людей, живущих в условиях техногенных искусственных экосистем.

В настоящее время общепринято, что одним из непременных условий «устойчивого» социально-экономического развития яв­ляются сохранение природной среды обитания человека и ее вос­становление после разрушительных воздействий.

Необходимо отметить, что живым системам (организмам, их сообществам и целым экосистемам) свойственна способность к саморегуляции, самоочищению, адаптации. Этим, в частности, определяется и экологический прогноз. Устойчивость экосистем, например, зависит от многообразия видов, входящих в них, от соотношений численности видов, представляющих различные трофические уровни, от репродуктивных свойств организмов и регуляции численности каждой популяции межвидовыми отно­шениями в сообществе и абиотическими факторами.

Экологическую опасность, или риск, следует оценивать с уче­том не только характера и силы антропогенного воздействия, но и биологических свойств реагирующей системы. Соответственно этому имеется две группы методов экологического мониторинга (слежения за состоянием экосистем): физико-химические и био­логические (биомониторинг). Каждый из видов мониторинга име­ет свои ограничения. Для качественной оценки и прогноза состо­яния природной среды необходимо их сочетание. Таким образом, физико-химический и биологический мониторинг не исключа­ют, а дополняют друг друга.

Антропогенные загрязнения действуют на живые организмы, и в том числе на человека, в самых различных сочетаниях, комп­лексно. Их интегральное влияние можно оценить только по реак­ции живых организмов или целых сообществ. Прогноз действия на человека загрязненной воды, химических добавок в пище или за­грязненного воздуха правомочен, если в оценку токсичности вхо­дят не только аналитические методы, но и биологическая диагностика действия среды на животных. Кроме того, многие ксенобио­тики (чуждые для биосферы вещества) накапливаются в организ­ме, и в результате длительное воздействие даже малых концент­раций этих веществ вызывает патологические изменения в орга­низме. Наконец, известен парадоксальный эффект малых доз мно­гих биологически активных соединений, когда сверхслабые дозы (ниже ПДК) оказывают на организм более сильное действие, чем их средние дозы и концентрации.

Универсальным показателем изменения гомеостаза тест-орга­низма является состояние стресса при попадании из «чистой» среды в «загрязненную».

Понятие «стресс» весьма различно используется во многих об­ластях науки. Впервые в качестве научного термина оно было вве­дено в медицину Г.Селье в 1936 г. и вскоре проникло в обиходный язык как обозначение неспецифического психического напряже­ния. Г.Селье (1979) определяет стресс как реакцию на повышен­ную нагрузку, которая проявляется в синдроме, слагающемся из всех неспецифически вызванных изменений внутри биологичес­кой системы.

В биологии под стрессом понимается реакция биологической системы на экстремальные факторы среды (стрессоры), которые могут в зависимости от силы, интенсивности, момента и продол­жительности воздействия более или менее сильно влиять на си­стему.

Стресс можно разделить на два различно действующих типа. Эустресс характеризуется физиологическими адаптивными реак­циями, которые вызываются в организме биоэнергетическими процессами, когда в критических ситуациях живому существу не­обходимо приспособиться к изменившимся условиям среды. Ди­стресс означает патогенные процессы, возникающие, как прави­ло, при постоянных нагрузках или усилиях, которые организм не в состоянии регулировать короткое или длительное время. В какой мере тот или иной стрессор обусловливает эустресс или дистресс, зависит от многочисленных факторов, например от сочетания экзогенных раздражителей и внутреннего состояния организма.

Реакционная способность (норма реакции) организма по от­ношению к воздействующим стрессорам зависит прежде всего от его генетической конституции. При возникновении стресса боль­шую роль играет также фактор времени, связанный как с разви­тием чувствительности к стрессу, так и с продолжительностью воздействия какого-либо эффективного стрессора на протяжении различных периодов жизни.

Опасность антропогенных стрессоров состоит в том, что био­логические системы - будь то организмы, популяции или биоце­нозы - недостаточно адаптированы к ним. Антропогенные стрес­соры создаются с такой скоростью, что в живых системах часто не успевают активизироваться соответствующие адаптационные про­цессы. Многие антропогенные факторы среды потому и становят­ся опасными стрессорами, что они отличны по величине, интен­сивности, продолжительности и моменту воздействия от той обыч­но существующей в природе "нормы", к которой адаптированы биологические системы. В результате они часто влияют на диапа­зон толерантности, что нередко приводит к превышению допу­стимой нагрузки на организмы и распаду биологической системы.

Следует также обратить внимание на то, что в природе на орга­низм воздействует не один стрессор, а целый комплекс наруша­ющих факторов (комплексное стрессовое воздействие среды). При этом, разумеется, какой-либо отдельный фактор может временно или постоянно доминировать. В связи с этим понятно, что реак­ции организмов на стрессоры в лабораторном эксперименте не всегда совпадают с наблюдающимися в естественных условиях. Поэтому исследования комбинированного воздействия средовых нагрузок, т.е. комплексного стрессового воздействия среды, ста­новятся в последнее время принципиально важными для уста­новления допустимой нагрузки и стабильности биологических систем в нарушенной среде со многими антропогенными стрессорами.

Стрессовое воздействие среды приводит к отклонению основ­ных параметров организма от оптимального уровня.

В настоящее время оценка степени экологической опасности традиционно осуществляется путем определения в окружающей среде отдельных потенциально вредных веществ или воздействий и сравнения полученных результатов с законодательно установ­ленными для них предельно допустимыми величинами. В то же время такой способ контроля имеет ряд существенных недостат­ков. Аналитические методы, как правило, трудоемки, не всегда экспрессны, требуют дорогостоящего, иногда дефицитного обо­рудования и реактивов, а также высококвалифицированного об­служивающего персонала. Но главный их недостаток в том, что эти методы не могут гарантировать достоверной оценки экологи­ческой опасности, сколь бы широким не был спектр анализируе­мых веществ. Ведь важны не сами уровни загрязнений и воздей­ствий, а те биологические эффекты, которые они могут вызвать и о которых не может дать информацию даже самый точный хими­ческий или физический анализ. Заметим, что используемые в практике экологического и са­нитарно-гигиенического нормирования показатели (предельно допустимые концентрации - ПДК, предельно допустимые дозы - ПДД, предельно допустимые уровни - ПДУ), всегда базирую­щиеся на токсикологических исследованиях с тестированием от­дельных биообъектов, не могут учитывать изменений токсично­сти загрязнителей за счет эффектов синергизма или антагонизма при сочетанном действии антропогенных факторов. Эти нормативы не отражают зависимости токсического действия загрязнения от физических факторов среды, не учитывают процессы естественных трансформаций веществ в окружающей среде или исчезновения их в ходе детоксикации среды от конкретных загрязнителей. Поэтому наряду с физико-химическими методами необходимо использовать методы биологического контроля и диагностики - биоиндикацию и биотестирование, дающие объективные интегральные оценки качества среды и основания для прогноза состояния экосистем.

В настоящее время одним из наиболее оптимальных способов определения качества окружающей среды является возмож­ность использования в биоиндикационных исследованиях живых организмов - индикаторных видов, которые в силу своих генети­ческих, физиологических, анатомических и поведенческих осо­бенностей способны существовать в узком интервале определен­ного фактора, указывая своим присутствием на наличие этого фактора в среде. Применение в качестве биоиндикаторов расте­ний, животных и даже микроорганизмов позволяет проводить био­мониторинг воздуха, воды и почвы. Благодаря специальным ин­дексам и коэффициентам результаты биоиндикации оказываются достоверными и сопоставимыми.

Биоиндикация (bioindication) - обнаружение и определение эко­логически значимых природных и антропогенных нагрузок на ос­нове реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых про­изводится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состоя­ния экологических систем, процессов и явлений. В настоящее вре­мя можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания.

Биотестирование (bioassay) - процедура установления ток­сичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочета­нии вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объек­тов. Для оценки параметров среды используются стандартизован­ные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, кле­ток или молекул). В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ. Живой организм мо­жет тестироваться также в специальных камерах или на стендах, где создаются условия изучаемого загрязнения (что очень важно для выявления реакций организма на то или иное доминирующее загрязнение или целый комплекс известных загрязняющих веществ на данной территории обитания).

Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные по­следствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоинди­кация - на уровне организма, популяции и сообщества и харак­теризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты - открытые системы, через которые идет поток энергии и кругово­рот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга.

Контроль качества окружающей среды с использованием био­логических объектов в последние десятилетия оформился как ак­туальное научно-прикладное направление.

Биологические методы контроля качества среды не требуют предварительной идентификации конкретных химических соеди­нений или физических воздействий, они достаточно просты в ис­полнении, многие экспрессны, дешевы и позволяют вести конт­роль качества среды в непрерывном режиме. Вместе с тем после выявления общей токсичности образцов почвы или воды для оп­ределения ее причин следует применить аналитические методы. Традиционные физико-химические методы позволяют также оце­нить вклад отдельных предприятий или иных источников загряз­нения в интегрированное техногенное воздействие на природу.

Проведение интегральной оценки качества среды предлагается для определения состояния биоресурсов, разработки стратегии рационального использования региона, определения предельно допустимых нагрузок для экосистем региона, решения судьбы районов интенсивного промышленного и сельскохозяйственного использования, загрязненных радионуклидами, и т.п.; выявле­ния зон экологических бедствий; решения вопроса о строитель­стве, пуске или остановке определенного предприятия; оценки эффективности природоохранных мероприятий, введения очист­ных сооружений, модернизации производства и др.; применения новых химикатов и оборудования; создания рекреационных и за­поведных территорий.

Технический пресс как следствие НТР выдвигает в качестве одной из важнейших природоохранных задач проблему «уравно­вешивания» результатов антропогенного воздействия на окружа­ющую среду. Соблюдение этого условия - единственный способ выживания для человечества.

Реализация основных принципов устойчивого развития циви­лизации в современных условиях возможна лишь при наличии соответствующей информации о состоянии среды обитания в ответ на антропогенное воздействие, собранной в ходе проведения биологического мониторинга. Оценка качества среды является ключевой задачей любых мероприятий в области экологии и ра­ционального природопользования. Сам термин «мониторинг» (от англ. monitoring - контроль) подразумевает проведение мероприя­тий по непрерывному наблюдению, измерению и оценке состоя­ния окружающей среды. Комплексный подход в проведении био­логического мониторинга (сочетание методов биоиндикации и био­тестирования, использование объектов разных уровней организа­ции) при систематическом наблюдении позволяет судить о пер­спективах изменения структуры сообществ, продуктивности попу­ляций и устойчивости экосистем по отношению к антропогенным факторам.

Объектами мониторинга являются биологические системы и факторы, воздействующие на них. При этом желательна одновре­менная регистрация антропогенного воздействия на экосистему и биологического отклика на воздействие по всей совокупности показателей живых систем. Необходимо проведение многофактор­ного анализа с учетом наиболее типичных антропогенных воздей­ствий (например, химических веществ), а также изменений при­родных факторов среды, уровень которых меняется вследствие антропогенного влияния. В первую очередь учитывается измене­ние численности видов и видового состава ценозов. Важно фикси­ровать также возможные изменения в природных популяциях, например нарушения эмбрионального развития (уродств) и сим­метрии взрослых особей в пределах популяции. Необходимо выяв­лять быстрый «отклик» организмов или популяций и результаты стойких последствий, так как часть изменений может быть отре­гулирована биосистемами.

Примеры применения методов биоиндикации и биотестирова­ния в практике экологической экспертизы природных водоемов и питьевых водоисточников демонстрируют, что пороговые концен­трации химических поллютантов, нарушающие жизнедеятельность организмов-биотестов, находятся ниже принятых значений ПДК. Постоянное присутствие поллютантов даже в низких концентра­циях приводит к снижению видового разнообразия гидробионтов за счет исчезновения наиболее чувствительных к качеству воды видов. Такие изменения в биоценозах устанавливаются методами биоиндикации - определением индексов и показателей сапробности.

Параллельное исследование показателей здоровья больших групп населения, проживающих на загрязненных территориях и использующих загрязненную воду и сельскохозяйственные про­дукты, достоверно свидетельствует о снижении (по сравнению со средним по региону) уровня продолжительности жизни, повы­шении общей и младенческой смертности, а также уровня заболеваемости людей, поражения иммунной системы, печени и дру­гих органов.

Основополагающим принципом биологического мониторинга является установление оптимального - контрольного - уровня, любые отклонения от которого свидетельствуют о стрессовом воз­действии. Обычно при оценке оптимума по какому-либо одному параметру возникает вопрос о том, будут ли данные условия оп­тимальными также для других характеристик организма. Однако если исследуемые параметры характеризуют основные свойства организма в целом, то их оптимальный уровень оказывается сход­ным. Например, столь разные и, казалось бы, совершенно неза­висимые параметры, как асимметрия морфологических призна­ков, показатели крови, интенсивность потребления кислорода, ритмика роста и частота хромосомных аберраций, могут изме­няться синхронно, когда при определенном стрессовом воздей­ствии в действительности изменяется наиболее общая базовая ха­рактеристика организма - гомеостаз развития.