Kanarų, kačių ir dafnijų

Kanarų, kačių ir dafnijų

Arkadijus Kuramšinas
Kandidatas chemijos mokslai
"Chemija ir gyvybė" №1, 2018

Trys pavadinime, taip pat kaukolės, midijos, kerplės, bitės … Kokia gali būti tokių skirtingų būtybių? Visi jie yra gyvi rodikliai, įspėjantys asmenį apie pavojų.

Kai neįmanoma gyventi

Škotijos fiziologas John'as Scott'as Haldane'is (1860-1936 m.) Ištyręs įvairias dujas į žmogaus kūną toksišką poveikį niekada nebūtų atgamintas. Jis pasuko savo kūną į laboratoriją: jis įkvepia chlorą, metaną, anglies dioksidą ir anglies monoksido dujas, grynąjį deguonį ir azotą, garstyčių dujas, kiekvieną kartą pastebėdamas konkrečios medžiagos poveikį organizmui. Kartais tai buvo apie kiekius, kurie yra pavojingi ne tik sveikatai, bet ir mokslininko gyvenimui; tačiau, laimei, jis sugebėjo ne kartoti Karl Scheele likimo, kuris paragavo vandenilio cianido rūgštį.

Vienas iš Haldane rekomendacijų dėl saugaus darbo minose buvo pasiūlymas naudoti kanaristus kaip jutiklių dujas – mažam paukščiui reikia mažiau dujų, kad būtų nužudyti. Ji yra apsinuodijusi greičiau nei vidutinis kalnakasys, kuris, matydamas, kad paukštis nustojo dainuoti, turės laiko evakuotis iš veido, kol dujų kiekis po žeme jam taps pavojingas.Dabar paukščiai minose jau nebeuždegami, bet anglies monoksido jutikliai minose vis dar vadinami "kanarais". Ir mes galime laikyti kanarais kaip pirmuosius bioindikatorius – organizmus, kurių elgesys leido žmogui įvertinti ekologinę situaciją.

Be kanarėlių, tokios katės anglies monoksidu netyčia tapo vietinėmis katėmis, kurios, įkvėpus anglies monoksidą, pradėjo elgtis nepakankamai. Patarimas "Ką tu skuba, kaip beproti?" kai jis skambėjo šiek tiek kitaip: "Ką tu skuba kaip beprotis kačių?" 1950 m. Japonijos miesto "Minamata" katės vėl bandė įspėti savininkus apie artėjančią grėsmę. Miesto gyventojai pradėjo pastebėti, kad vietos kačių elgsena keistai – jie negalėjo judėti iš taško A iki taško B tiesia linija ir persikėlė su kai kuriais nenuspėjamais šuoliais. Tada kai kurie žmonės pradėjo judėti panašiai. "Šokių katės karščiavimas" buvo metilo gyvsidabrio buvimas vietos chemijos gamyklos nuotekose. Žuvų ir moliuskų organų gyvsidabris, kurį suvalgė žmonės ir katės, ir dėl mažesnės masės gyvuliai anksčiau patyrė apsinuodijimo gyvsidabriu simptomus.Ūminis apsinuodijimas gyvsidabriu, po šių atvejų vadinamas "Minamatos liga", sukėlė keletą tūkstančių žmonių, tačiau jei gydytojai ir chemikai nesusaistė nenormalaus kačių ir žmonių elgesio, pasekmės galėjo būti daug blogesnės.

Aplinkos jutikliai aplankė dešimtys gyvūnų, augalų ir grybų rūšių. Tiesą sakant, bet kokios biologinės rūšys tinka šiam vaidmeniui. Chemikai, ekologai ir biologai gauna panašią informaciją iš baltojo lokio, plika erelio ir delfinų. Tačiau šie faunos atstovai yra nepatogu naudoti moksliniams tyrimams, skirtiems išsamiai studijuoti aplinką, todėl juos sunku vadinti "biosensoriais".

Tos rūšys, kurių tyrėjai linkę laikyti gyvus jutiklius, turėtų turėti gana paprastą medžiagų apykaitą; jei jie nėra rasti laukinėje gamtoje, jų veisimas neturėtų būti sudėtingas ir brangus; ir, svarbiausia, jie turėtų numatyti ir išmatuojamą atsaką į aplinkos pokyčius. Žemėje kalnų, augančių uolų ir medžių bei bandos gyvūnų, tokių kaip elniai, augalai laikosi šių reikalavimų.Geriame vandenyje tai nedideli dafnijos ir lašišos, pakrančių jūros ir vandenynų vandenyse – midijos, o atviroje jūroje – kaukai ir jūros žinduoliai.

Geras pavyzdys, kaip paukščiai reaguoja į aplinkos sąlygų pokyčius, yra DDT istorija. Taigi, plikių erelių ir daugybės kitų paukščių populiacija Jungtinėse Amerikos Valstijose aktyviai vartojant DDT sumažėjo, tačiau kai šios medžiagos buvo uždrausta Jungtinėse Amerikos Valstijose 1972 m., Paukščių skaičius vėl pradėjo augti. Taigi, skaičiuojant tam tikrų rūšių skaičių, galima stebėti aplinką teršiančių medžiagų šaltinius, jų judėjimo ir pasiskirstymo biosferoje būdus, taip pat jų galutinį likimą. Visa ši informacija yra itin svarbi sprendžiant aplinkosaugos problemas, tiek šiuolaikiškas, tiek ateityje.

Gyvenimo jutikliai taip pat teikia informaciją apie kitus patvarius teršalus – polichlorintus bifenilus, policiklinius aromatinius angliavandenilius, bromo turinčius antipirenų ir organinių fluorio junginius. Biologinių rūšių tyrimas taip pat parodo sunkiųjų metalų, visų pirma švino, kadmio ir gyvsidabrio poveikį biosferai.Biologiniai rodikliai suteikia mums galimybę stebėti ne tik aplinkos taršą, bet ir žmogaus įtaką gamtos azoto bei fosforo apykaitai, taip pat ekologinių sistemų pokyčius, susijusius su klimato kaita ir įsiskverbimu į svetimų rūšių ekologines sistemas.

Žinoma, gyvi jutikliai nepakeičia tradicinės cheminių ir ekologinių mėginių ėmimo sistemos ir jų laboratorinės analizės. Yra ilgalaikių cheminių medžiagų analizės ir teršalų turinio oro, vandens, dirvožemio ir ledo mėginių stebėsenos kampanijos. Tokie tyrimai leidžia mums nustatyti, kurie teršalai yra aplinkoje, kokiu kiekiu ir kur jie kilę, kiek jie gali pereiti nuo taršos šaltinio ir kaip greitai jų koncentracija aplinkoje mažėja. Bioindikatoriai taip pat leidžia mums įvertinti aplinkos teršalų koncentracijos pokyčių dinamiką ir papildomą informaciją apie tai, kaip teršalai veikia ekosistemas. Naujos technologijos plečia būdus, kaip naudoti gyvus jutiklius. Pavyzdžiui, aplinkosaugininkai šiandien siunčia drones, kad imtų mėginius iš banginių fontanų, kad sužinotų, ar viskas yra gerai su šiais milžiniškais žinduoliais.

Svarbus šiuolaikinio bioindikacijos elementas yra sąveika su evoliucine ir funkcine ekologine genomika. Ilgą laiką biomediciniuose tyrimuose buvo naudojamos dvi rūšys, kuriose buvo surinkta išsami informacija – vaisių muselės ir nematodai Caenorhabditis elegans. Tačiau greita genomikos pažanga leido evoliuciniams biologams, ekologams ir toksikologams plėsti mokslinius tyrimus ir kitose rūšyse. Pavyzdžiui, dabar galima ištirti, kaip simbiozinės virusų, bakterijų ir grybų ryšys su augalais ir gyvūnais, įskaitant Homo sapiens, įtakoja biologinę įvairovę ir, kita vertus, žmogaus veikla veikia šiuos simbiozinius santykius. Tokio pobūdžio tyrimai padeda suprasti, kaip genomai reaguoja į aplinkos pokyčius. Faktas yra tas, kad net labiausiai gerai ištirtų genomų atveju nėra žinoma, kokia funkcija yra atliekama apie trečdalį genų, kurių išraiškos nebuvo atliktos laboratorinėmis sąlygomis. Ekspertai mano, kad atėjo laikas naudoti naujus metodus: sužinoti, kaip aplinkos sąlygos veikia genus su nežinomą funkciją.

Toliau kalbėsime apie kai kurias biologines rūšis, kurios padeda ištirti aplinkos būklę.

Daphnia

Daphnia (vandens blusos, Daphnia) – planktoninių vėžiagyvių gentis iš tvenkiniuose ir ežeruose gyvenančių šakų sieros. Daphnia dydžiai svyruoja nuo 0,2 iki 6 mm. Jų kiekis vandens mėginyje, dydžio ir spalvos yra gerai žinomi vandens kokybės žymenys. Nuo XVII a. Pradžios gamtininkai studijavo Dafnijas. Jau seniai nustatyta, kad šie maži vėžiagyviai yra svarbus maisto grandinės grandis tarp dumblių ir bakterijų, į kurias tiekiamos dafnijos, ir žuvis, kuriomis maitinasi dafnijos. Nuo devintojo dešimtmečio pradžios, kai plačiai naudojami farmacijos produktai, pesticidai ir rafinuoti produktai, dafnidai tapo svarbia toksikologinio tyrimo priemone. Pavyzdžiui, didžiausios leistinos kenksmingų medžiagų vandens blusoms koncentracijų tyrimas sudarė įstatymus, reglamentuojančius šių medžiagų saugų kiekį ir jų transformavimo produktus gėlynuose vandenyse.

Viena iš įdomiausių Dafnijos savybių yra tai, kad jie gali išmesti dviejų rūšių kiaušinius, o tos pačios rūšies kiaušiniai gali išlaikyti šimtmečius žiemos būsenoje vandens telkinių dugno nuosėdose. Tyrėjai sužinojo, kaip išgauti šiuos neveikiančius kiaušinius ir naudoti iš jų išaugintų dafnijų, norėdami sužinoti, kaip sintetiniai organizmai ir genomai veikia jų organizmus, kurių nebuvo kiaušinių padėjimo metu.Šie tyrimai rodo, kaip skirtingos Dafnijos kartos prisitaiko prie natūralių ir antropogeninių pokyčių azoto ir fosforo ciklo, sintetinių medžiagų atsiradimo ekologinėse sistemose ir klimato pokyčių. Be to, rezultatai leidžia ekstrapoliuoti naudojamų ir planuojamų naudoti kitų augalų ir gyvūnų rūšių, įskaitant žmones, pavojų. Pavyzdžiui, kai tiriant Daftinos reakciją iš Minesotos ežero į pesticidų chlorpirifosas, kuri pasirodė rinkoje 1965 m., Pasirodė, kad priešindustrinėse eroje (1301-1646 m.) Išsivysčiusių kiaušinių dafnijos buvo 2,7 jautresnės šiai medžiagai nei kiaušiniai, sudėti iškart po to, kai prasidėjo didelio masto panaudojimas (1967-1977). Tai rodo, kad vandens blusos sugebėjo sukurti toleranciją. Daphnia, kuri pasirodė gana neseniai (2007-2011 m.), Kai chlorpirifoso kiekis ežere nukrito žemiau nustatytos ribos, vėl praranda savo pasipriešinimą šiam pesticidui (Ekotoksikologija, 2015, 24, 488-496).

Seagulls

Jūrų paukščiai ilgai tarnavo kaip gyvieji jutikliai. Pavyzdžiui, silkių čerai Larus argentatus Nuo 1970-ųjų jie padeda aplinkosaugininkams ir toksikologams sekti informaciją apie teršalus Šiaurės Amerikos Didžiųjų ežerų.Mokslininkai patys paukščiai nepageidauja, jie yra suinteresuoti silkių čerulių kiaušiniais – taip pat ir storo lukštų kiaušiniai Uria lomviakvailas Fulmarus glacialismyojets Rissa tridactylaburgomasters Larus hyperboreus ir bendri gilemoti Cepphus grylle. Visi šie paukščiai, kaip taisyklė, jungiasi į arktinius ir subartikinius regionus. Paprastai paukščiai parenkami dėl gyvų jutiklių, kurie yra izoliuotiems ir prieinamiems žmonėms, gyvenančių jutiklių vaidmenį, todėl lengva imti "mėginius" ir palyginti tos pačios rūšies atstovų, gyvenančių skirtingose ​​pasaulio dalyse, rezultatus.

Vienas iš pagrindinių labiausiai paplitusių aplinkos teršalų, tokių kaip DDT, polichlorintų bifenilų ir dioksinų, koncentracijos stebėsenos rezultatų buvo keletas 1970-1980 m. Draudimų naudoti kai kuriuos iš jų ir rimtas kitų naudotinų standartų apribojimas. Paukščių kiaušinių "chemijos" tyrimas parodė, kad nuo 1975 m. Iki 2003 m. Paukščiai buvo veikiami dideliu kiekiu bromo turinčių antipirenų, o nuo 2003 m., Po kitų antipirenų, organobromido kiekis smarkiai sumažėjo. Ilgalaikių grandinių fluoroalkilo darinių kiekis paukščių kūne ir jų kiaušiniuose padidėjo nuo 1975 m. Iki 2009 m., O cheminių kompanijų abipusis susitarimas apriboti jų naudojimą pradėjo mažėti.Kalbant apie gyvsidabrio kiekį jūrų paukščių kiaušiniuose, jis padidėjo nuo 1975 m. Iki 1993 m., Po kurio jis pasiekė plokštumą ir nustojo keistis.

Midijos

1960 m. Pabaigoje buvo nustatyta, kad chloro turinčius pesticidus, gyvsidabrio turinčius junginius ir rafinuotus produktus kyla rimta grėsmė pakrančių jūros ir vandenynų vandenyse. Norint įvertinti šių vandenų būklę, jie bandė naudoti įvairias rūšis, įskaitant omarus, krabus ir žuvis; tačiau skirtingi elgesio būdai ir palyginamų rūšių santykis kelia abejonių dėl rezultatų atkuriamumo ir jų palyginimo pagrįstumo. 1975 m. Jūrų geochemijos specialistas Edwardas Goldberas pasiūlė paprastą sprendimą: naudoti midijas (programa Midijos laikrodis) Ši programa buvo pirmas žingsnis biologinės pakrančių taršos stebėsenos srityje.

Mielės, kosmopolitiškos rūšys, kurios gali augti šviežioje ir sūriame vandenyse kartu su austrėmis ir kitais valgomais moliuskais, idealiai tinka šiam uždaviniui. Jie randami visur, juos lengva surinkti. Be to, midijos ir austrės dažnai auginamos specialiai maisto pramonei, o tai dar labiau palengvina gyventojų būklės stebėseną ir analizę.Mityvai maitina fitoplanktonu ir, norėdami filtruoti, per savyje perpilti didelį vandens kiekį. Kaip ir daugelis kitų gyvūnų, evoliucijos metu migdolai nepavyko gaminti fermentų, kurie sunaikina teršalus, tokius kaip polichlorinti bifenilai ir angliavandeniliai, todėl jie koncentruoja šias medžiagas savo kūne, todėl analizė atliekama lengviau. Po daugiau nei keturių dešimtmečių vietinė Jungtinių Amerikos Valstijų programa, skirta nustatyti toksines medžiagas, naudojančias midijas, tapo tarptautine, ir dėl to stebimas ne tik svetimkūnių buvimas pakrančių vandenyse, bet ir jų žalos žmonėms laipsnis.

Kalviai

Lichenas yra simbiozinės grybų asociacijos ir mikroskopiniai žali dumbliai arba cianobakterijos. Žinomos įvairių dydžių ir spalvų kerpių rūšys. Kai kurie iš jų panašūs į miniatiūrinius augalus, kiti – dažai ant akmenų ir medžių kamienų. Lichens neturi šaknų sistemos, jos tiesiogiai suvartoja maistines medžiagas iš rūko, lietaus ir vėjo. Todėl jie neturi kliūčių, apsaugančių nuo pavojingų medžiagų, ir kai jie didina taršą, jie pirmiausiai miršta.Kailės, žinoma, yra gaila, bet ši savybė daro juos gerus gyvenimo jutiklius.

Nuo 1860-ųjų, kai botanikai Paryžiuje suprato, kad kerpės auga vietovėse, kuriose yra švarus oras, o purvinas oras, jų kolonijos pradeda blogėti. Pradiniai tyrimai daugiausia buvo skirti tiesioginiam poveikiui sieros dioksido kerkalnėms, išleidžiamoms deginant anglį. Po kurio laiko pasirodė, kad kerpės taip pat leidžia stebėti rūgščiųjų lietų poveikį – jei įmonės išmetamos sieros dioksidas arba azoto dioksidas, jie ištirpsta lietaus juose, formuojant rūgštis. Be to, šie organizmai gali būti nitratų ir amonio jonų rodikliai, kurių pagrindinis šaltinis yra žemės ūkis. Metalai nuo cinko iki gyvsidabrio taip pat kaupiasi kerpėse.

Devintajame dešimtmetyje JAV Federalinis miškų administracija pradėjo vykdyti biologinio monitoringo programą, kurioje registruojami duomenys apie kerpių įvairovę ir paplitimą visuose šalies regionuose. Jie nustato kerpių kolonijų būklę, mėginiai renkami ir analizuojami laboratorijose,nustatyti oro taršos laipsnį tam tikrose srityse, nustatyti jų priežastis ir prireikus koreguoti pramoninių išmetamųjų teršalų standartus.

Bitės

Medus bitės Apis mellifera gali būti laikomas labiausiai nepakankamai vertinamomis gamtos herojų. Jie plaukia apie savo verslą, renka žiedadulkes ir nektarus, taip pat apdulkina augalus. Sunku patiems paprašyti, kad bitės būtų tinkamos naudoti kaip gyvi rodikliai – auginami bitės, bitininkai rūpinasi jais, dažnai auga įvairūs medaus augalai, bičių šeimos perkelia iš vienos vietos į kitą, po to sunku pridėti duomenis apie teršalus tam tikra sritis. Tačiau šie vabzdžiai taip pat prisideda prie aplinkos būklės tyrimo – dėl to medus analizuojamas.

Didelis insekticidų naudojimas žemės ūkyje kelia didelę grėsmę bitėms ir kitiems apdulkintojams. Pavyzdžiui, pagrindiniai įtariamieji, staigiai mažinantys bičių skaičių, yra insekticidai neonikotinoidai, kurie gali paveikti nervų sistemą iš šių vabzdžių. Jie paveikia bičių mokymosi gebėjimus, jų gebėjimą atpažinti kvapus ir orientaciją į kosmosą.Visa tai neleidžia rinkti maisto, mažina bičių kolonijų skaičių ir skaičių, kuris ilgainiui gali sumažinti derlių ir sukelti maisto krizę. Neseniai mokslininkai netgi pradėjo naudoti mikrosensorius, kurie pritvirtina bites prie savo nugaros, kad stebėtų atskirų vabzdžių judėjimą iš avilių į medaus augalus, kad nustatytų jų gebėjimą apdulkinti augalus.

Šių metų tyrimo, atlikto per 200 mėginių iš viso pasaulio, rezultatai parodė, kad 75% mėginių yra bent vienas iš penkių pagrindinių neonikotinoidų, 45% – du ir daugiau. Pesticidų koncentracija meduje yra gerokai mažesnė už JAV ir ES reguliuotojų nustatytą ribą kaip saugią žmonėms, tačiau trečdalis mėginių turėjo pakankamai neonikotinoidų, kad galėtų pakenkti bičių lervoms (Mokslas, 2017, 358, 6359, 109-111).

Taigi galima sakyti, kad aplinka pati remia protingą žmogų, kuris nori išsaugoti šią aplinką – augalai, grybai, bestuburiai ir stuburiniai patys paaukojo save, kad pasakytų, kaip brangios technologijos kainuoja žmonėms.Ir jei mes atidžiai stebime mūsų "kanarais", galbūt turėsime laiko pabėgti.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: