21 век стал эпохой огромного влияния человека на окружающую среду. Чтобы контролировать свое влияние на планету, человек начал использовать растения и животных для оценки состояния окружающей среды, биондикации. Близкие по строению животные показывают, что произойдет с человечеством, если не снизить уровень вредоносных выбросов. Растительность же покажет будущее планеты, если человек не позаботится о ней.
Растения как индикаторы загрязнения
В качестве индикатора загрязнения окружающей среды используются бактерии, растения, животные и прочие вещества. Растения выступают основным индикатором загрязнения. С их помощью можно определить уровень примесей:
- в воздухе;
- в воде;
- в почве.
Важным свойством биоиндикаторов является чувствительность к токсичным выбросам. Растения, как индикаторы загрязнения окружающей среды делятся на аккумулятивные — это те многоклеточные, которые накапливают вредные вещества, и чувствительные — организмы, которые дают быструю реакцию на изменения среды.
Используются как индикатор загрязнения по следующим причинам:
- Растительные не могут перемещаться, они связаны со своим местом обитания, это облегчает сбор данных.
- Благодаря развитым корневым системам, возможен анализ литосферы.
- Из-за способа получения энергии, растительные организмы показывают более высокую чувствительность к загрязнению атмосферы токсинами, парами тяжелых металлов относительно животных.
Опыты с растениями, выбранными в качестве индикаторов загрязнения воздуха, показывают высокую уязвимость фотосинтеза к вредным соединениям. Небольшая концентрация токсичного вещества нарушает только процесс фотосинтеза.
При увеличении концентрации токсичных веществ, происходит:
- Нарушение окраски листьев и органоидов.
- Изменения работы ферментов.
- Падение выработки антиоксидантов.
- Снижение стабильности развития составных частей организма.
- Снижение продуктивности и жизнеспособности.
Работа индикаторов загрязнения окружающей среды на основных ступенях организации заключается в оценке показателей загрязнения атмосферы. Проводится на уровнях:
- Молекулярный.
- Клеточный.
- Тканевый.
- Организменный.
- Популяционный.
Низшие ступени биоиндикации позволяют рассмотреть прямое влияние среды и специфические изменения отдельных образцов. Высшие дают возможность увидеть косвенные и нехарактерные изменения. Комплексное рассмотрение всех уровней материи оценивает антропогенное воздействие на планету.
Клеточный уровень
Биондификация проводится через рассмотрение физиологического влияния внешней среды. Клетки являются ярко выраженными показателями загрязнения атмосферного воздуха. Растительные клетки отражают ранние нарушения во внешней среде:
- Разрушение мембран клеток.
- Нарушение баланса основных веществ — белков, ферментов, аминокислот.
- Накопление токсина внутри клетки.
Многие растения являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха, какие-то дают возможность определить степень по нескольким критериям, а некоторые сразу гибнут, не справляясь с изменениями.
Хвойники
Хвойные деревья используются как объект изучения чаще остальных, Они являются основными индикаторами загрязнения окружающего воздуха. При анализе рассматривается множество параметров:
- Цвет хвои.
- Опадаемость.
- Концентрация фенолов.
- Наличие воска у иголок.
- Темп фотосинтеза и проч.
Благодаря круглогодичным процессам хвойных, можно прослеживать уровень загрязнения атмосферного воздуха в динамике. Показателями загрязнения воздуха и почвы фтором станут: побеление иголок у основания и потемнение иголок, связанные с отмиранием.
Лишайники
Исследования демонстрируют пригодность симбиотов для биоиндикации. Лишайники, которые относятся к симбиотическим организмам, используются в роли индикаторов загрязнения воздуха:
- Автотрофы реагируют на загрязнение атмосферы, на изменения ее состава.
- Отличаются биохимически от других видов и царств.
- Произрастают в различных климатических условиях.
Живущие на загрязненных территориях, они демонстрируют достоверные сведения о степени токсичности воздуха. Существует группа элементов, к которым особо чувствительны — оксид азота, фтороводород, оксид серы, тяжелые металлы и хлороводород. Часто гибнут даже при невысоком содержании данных веществ в атмосфере.
Примеры растений-индикаторов загрязнения окружающей среды
Фитоиндикация — оценка состояния атмосферы, почвы с использованием растений, относится к основным инструментам анализа. Состав воздуха, оказывает влияние на жизнедеятельность и развитие каждого организма. Увеличение концентрации токсичных соединений в атмосфере пагубно влияет на автотрофные организмы.
Как растения, которые являются индикаторами загрязнения атмосферного воздуха реагируют на изменения:
- Увеличение концентрации бария в воздухе будет отражаться на лиственных деревьях, таких как осина или береза. Листья приобретут слишком яркий цвет.
- Кресс-салат реагирует на выбросы промышленных газов, нарушается фотосинтез, растение быстрее гибнет.
- Некоторые комнатные растения являются показателями загрязнения атмосферы. Домашний бальзамин реагирует на выброс тяжелых металлов в атмосферу и гибнет.
- Листья Гардении станут желтоватыми при резком повышении концентрации угарного газа. Организм реагирует в течение нескольких часов и спасает владельцев от удушья.
- При смоге гибнут томаты, бегонии и бобовые.
- Фрезия и Гладиолус гибнут при попадании фтора в воздух. Листья начинают отмирать, затем гибнет все растение.
- Выброс аммиака губителен для подсолнухов.
- Картофель и кукуруза чувствительны к появлению озона в атмосфере. Листья растений становятся серыми и покрываются пятнами.
- Листья табака в аналогичных условиях становятся белыми, покрываются пятнами.
Индикаторами загрязнения почвы среди растений также являются:
- Иван-чай теряет пигментацию лепестков при наличии Урана в почве.
- Повышенная насыщенность солью отражается на березах. Листья покрываются желтыми пятнами, по краям начинает отмирать.
Основным показателем, характеризующим загрязнение воздуха помещений, является концентрация углекислого газа. При содержании вещества выше 3% относительно количества воздуха в помещении, газ оказывает токсическое действие. Выработке кислорода помогают автотрофные организмы.
Оценка качества окружающей среды с помощью растений
Некоторые виды автотрофов особо подвержены влиянию загрязнений воздуха. В 21 веке используется концепция экологического анализа среды. Организмы могут отражать:
- Проявления отдельных токсичных веществ.
- Качественное изменения среды.
После обнаружения наличие загрязнителей в среде, ученые проводят измерения концентрации токсинов. Состояние окружающих условий на видовом и популяционном уровнях выражается через продуктивность организмов. Промышленные районы могут стать «лишайниковой пустыней», так как представители этих видов острее всего реагируют на выбросы фтора и сернистого газа.
Транспорт и предприятия являются источниками токсичных веществ. Последствия выбросов обусловлены соединениями газов, которые попадают в организм и образуют вредные соединения. Растения становятся индикаторами загрязнения воздуха из-за своей зависимости от качества среды. Влияние поллютантов (токсинов) определяется:
- Концентрацией токсичных веществ в воздухе.
- Длительностью воздействия веществ на организм.
- Относительного влияния токсина на конкретный вид.
Выделяется 3 основных индикатора загрязнения атмосферного воздуха у хвойного растения:
- Нарушение работы хлоропластов.
- Повреждение других органелл клетки.
- Полное разрушение органелл или переход их в бесструктурное состояние.
Биология разделяет 2 вида реакции растительных на токсичные выбросы в воздух:
- Газоустойчивость. Организм способен поддерживать процессы жизнедеятельности независимо от уровня заражения воздуха.
- Газочувствительность. Развитие прошло под воздействием токсичных веществ, которые изменили работу основных процессов внутри организма.
Обе реакции протекают незаметно, но нарушают и ухудшают качество и состояние растения.
Оценка загрязнения почвы с помощью растений
Растения служат индикаторами увеличения концентрации металлов и токсинов в почве. Выделяют следующие характеристики грунта, который подвергается биоиндикации: влажность, концентрация питательных веществ, концентрация токсичных веществ, кислотность.
Животные — индикаторы
Индикаторами загрязнения окружающей среды выступают как растения, так и животные. Животные в роли индикатора загрязнения окружающей среды становятся объектом изучения, так как максимально близки к человеку физиологически. Их поведение при ухудшении экологии позволит предсказать реакцию не только растительности, но и человека.
Позвоночные используются как показатель из-за следующих причин:
- Относятся к консументам, занимают место в каждом уровне экосистем, накапливают токсины, которые получают по пищевой цепи.
- Активный обмен веществ способствует быстрой реакции на негативное влияние внешней среды.
- Ткани неоднородны по строению и характеристикам. Отличаются по способности аккумулировать токсичные вещества. Возможен глубокий анализ тканей и их функционирования.
- Животные с высокой рождаемостью и недлительным периодом развития используются для экспериментов, требующих анализ влияния условий на потомство.
- Животные дольше адаптируются к антропогенному воздействию. Это позволяет изучать реакцию на внешние факторы.
Преимущество животных как биоиндикаторов — схожесть с человеком по физиологическим качествам.
Недостатки:
- Эксперименты требуют большего времени, чем опыты с растениями.
- Работа с животными требует больших затрат.
Опыты с животными предоставляют возможность оценки состояния многоклеточных и внешней среды на каждой ступени биоценоза. На уровне организма анализируются: поведенческие, физиологические, биохимические и морфологические показатели. Морфологический анализ дает оценку строения животного, внешние и внутренние изменения вследствие конкретных факторов. Биохимические и физиологические показатели реагируют на внешние изменения. Токсичные вещества попадают в кровь животного, меняют работу систем жизнедеятельности. Характерными изменениями являются:
- Изменения ритма дыхания.
- Нарушение сокращений сердца.
- Изменение репродуктивных процессов.
Основными критериями выбора животных для биоиндикации являются:
- Обширный ареал.
- Высокая численность вида.
- Животные ведут оседлый образ жизни, не совершают миграций.
В условиях повышения загрязненности внешней среды биоиндикация становится одним из ключевых способов изучения воздействия человека на планету. Дает возможность найти баланс между человеком и природой.
