Животные–биоиндикаторы окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

37

Животные-биоиндикаторы окружающей среды

Введение

В настоящее время анализ загрязнения природных и антропогенных экосистем проводится, как правило, на основе данных о содержании в почвах, воздухе, воде и снежном покрове опасных в токсическом отношении веществ. Однако проанализировать содержание в указанных средах всех загрязнителей и оценить биологический эффект их совместного действия только физико-химическими методами не представляется возможным. Очевидно, что полную, комплексную оценку качества окружающей природной среды можно дать только при сочетании физико-химических методов исследований и биологических, так как живые организмы и их сообщества интегрально реагируют на совокупность всех факторов. Один из возможных путей подхода к данной проблеме - это биотестирование техногенных факторов, то есть выявление загрязнения объектов окружающей среды с помощью методических приемов, основанных на оценке состояния сообществ и отдельных особей, подвергшихся воздействию ксенобиотиков.

Для этой цели широко применяются биологические индикаторы.

Биологические индикаторы - организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения. При экологическом мониторинге загрязнения использование биологических индикаторов дает ценную информацию, так как они реагируют сразу на весь комплекс загрязнений (Фельдман Л.Г., 1993г). Кроме того, обладая «биологической памятью», биологические индикаторы своими реакциями отражают загрязнения за длительный период.

Живые индикатора природы живут повсюду: в почве, в воздухе, в воде. Есть они в животном и растительном мире. Например, собака лаем предупреждает о приближении незнакомого человека. Улитка прячется в свой домик перед ненастной погодой. А вислоухий рачок - дафния, обитатель озер, прудов, тихих заводей, чуток к любому изменению химического состава воды. Биоиндикаторы часто используются при наблюдении за изменением природной среды. Их называют тестоорганизмами (Поляков В.А., 1995г). Это название они получили в связи с тем, что используются в научных опытах как биотесты. Таким образом, животный мир, так или иначе, является индикатором окружающей среды. О загрязнениях и животные, и птицы, и рыбы едва ли не ежедневно сообщают человеку: кто миграцией, кто заболеванием, а некоторые -- полным исчезновением. Действительно, концепция живого "стража окружающей среды" стара, как мир.

Целью данной работы является изучение организмов животного мира, которые являются биоиндикаторами и используются для выявления экологического состояния окружающей среды, а также оценка экологического состояния воды в реке Понура Калининского района Краснодарского края при помощи доступных биотестов - дафний.

Для достижения поставленной цели в работе были определены следующие задачи:

Изучить представителей животного мира, которые используются человеком как различные биологические индикаторы.

Установить, какие именно изменения окружающей среды показывают биоиндикаторы животного мира.

Изучить самые распространенные методы биотестирования окружающей среды.

Используя метод биотестирования при помощи дафний, установить токсическое состояние воды реки Понуры в районе станицы Калининской.

Работа написана на страницах, имеет приложение с фотографиями, таблицу, выводы и предложения.

1. Аналитический обзор литературы

Индикаторы - сигнальные или измерительные приборы, созданные человеком и широко применяемые в технике. Но есть индикаторы созданные природой. Живые и очень чувствительные.

Биоиндикаторы - организмы, которые реагируют на загрязнение окружающей среды изменением видимых признаков, что позволяет прогнозировать ситуацию с загрязнением на основе измерения этих изменений. Растения - биоиндикаторы, как указывает Л.Г. Фельдман (1993 г.), находят применение, прежде всего при контроле загрязнения воздуха. Животные - биоиндикаторы используются чаще всего для наблюдения за качеством вод. В различных странах, например в Германии, использование биоиндикаторов (а именно различные виды рыб) при оценке загрязненности вод предписано законом.

Существуют различные методы воздушно-гигиенического контроля с помощью биоиндикаторов: фитоценологическое картирование, экспозиция растений-индикаторов, характеристика критерий повреждений живых биоиндикаторов и другие.

На протяжении истории человеческого общества люди научились не только наблюдать за изменением в поведении различных представителей животного мира, но и широко использовать их особенности для предсказания погоды, характеристики окружающей среды, надвигающихся природных катастроф. В последние годы животные - биоиндикаторы используются в экспериментальной и производственной деятельности.

Тест-объектами являются водные животные - инфузория туфелька (Paramecium caudatum), гидра (Pelmatohydra oligactis), рыбы гуппи (Poecilia reticulata) и золотая рыбка (Carassius auratus auratus), личинки остромордой (Rana arvalis) и озерной (Ranaridibunda) лягушек.

1.1 Использование рыб как биоиндикаторов водной среды

В Японии стартовал эксперимент, в ходе которого декоративные рисовые рыбки, которых многие держат в домашних аквариумах, будут использоваться для определения угрозы терактов на водозаборных станциях. Плавучие разведчики смогут оперативно доложить «куда следует» об изменении химического состава воды - пусть даже для этого им придется жертвовать жизнью. Испытание нового «оружия» против террористов, которые не раз пытались отравить питьевую воду и уничтожить таким образом множество людей, начались в Токио, Бледно-оранжевых рыбок, длина которых не превышает пяти сантиметров, японские ученые выпустили в водохранилища двух водозаборных станций. По словам специалистов, рисовая рыбка чутко реагирует на появление в воде посторонних примесей. Почуяв неладное, она всплывает ближе к поверхности или сразу погибает. Японцы предлагают использовать эти живые индикаторы, так как это экономически выгодно. Фильтры, устанавливаемые для контроля состава воды, обходятся слишком дорого и сложны в обращении. Аквариумные же рыбки не только дешевы, но и работают гораздо быстрее - изменение состава воды сказывается на их самочувствии уже через два часа, в то время как автоматическое оборудование подает сигнал тревоги лишь через пятнадцать (Е.И. Коневецкая, 2004г).

Учёные создают первых мутантов, которые будут служить человеку. Это генетически изменённые безмолвные рыбы, которые в ближайшем будущем будут использоваться как термометры и лакмусовые бумажки. Исследователи отделения биологических наук Национального университета Сингапура выводят новый вид рыбы-зебры, которая будет реагировать на загрязнение воды изменением цвета чешуи.

Группа биологов под руководством профессора Жияна Гонга намерена вывести разновидность рыбы-зебры с помощью методов генной инженерии.

Рыба, меняющая цвет в зависимости от содержания в воде вредных примесей, может принести своим создателям значительную прибыль, поскольку она может стать более дешёвой и простой альтернативой нынешним индикаторам загрязнения воды.

Как следует из названия, у рыбы-зебры полосатая чешуя -- чёрные полосы перемежаются серебристыми. В результате генетических манипуляций биологи вывели несколько особей, которые флуоресцируют зелёным или красным светом. Учёные извлекли флуоресцентные гены из тела медузы и ввели их в икру рыбы-зебры. Агенты генов (gene promoters) медузы играют роль "выключателей" -- под действием той или иной среды они могут активизировать окрас различных тканей рыбы. На сегодняшний день исследователям удалось выделить два типа агентов генов рыбы-зебры -- отвечающий за выработку эстрогена (estrogen-inducible promoter) и отвечающий за устойчивость к стрессам (stress-responsive promoter). Рыба-зебра с изменённой генной структурой будет реагировать флуоресцентным свечением на присутствие в воде химикалий, подобных эстрогену, через estrogen-inducible promoter, а на наличие тяжёлых металлов и токсинов -- через stress-responsive promoter. Таким образом, рыба немедленно "окрасится" в цвет, соответствующий составу окружающей водной среды.Пока учёные добились "воспроизведения" рыбой только двух цветов -- красного и зелёного, но профессор Гонг считает, что в дальнейшем количество цветов можно увеличить до пяти, причём каждый цвет будет указывать на специфическое загрязнение. При использовании такой рыбы вредные примеси могут быть обнаружены в воде невооружённым глазом. Кроме того, популяция рыб-зебр весьма многочисленна,

что говорит о её низкой стоимости и высокой воспроизводимости популяции. Все эти факторы делают генетически изменённую рыбу-зебру едва ли не идеальным индикатором. Оппоненты профессора Гонга считают, что "генетические сигналы на молекулярном уровне, например, изменение цвета рыбы -- это просто повод для химического анализа, поскольку таким "индикатором" невозможно определить ни количество вредных веществ, ни их концентрацию. Это просто сигнал о том, что превышен некий уровень какого-то вещества в определённом участке биологического организма". Дональд Баирд (2003г.), исследователь из шотландского университета Стерлинга, уверен, что наиболее разумный подход -- это работа с группами генов, которая даёт возможность единовременно обнаруживать широкий диапазон загрязнителей. По его мнению, это более дешёвый и менее разрушительный способ анализа среды. Тем временем, "участь" рыбы-зебры может постигнуть и золотых рыбок (goldfish), так как они также могут быть генетически программируемыми и демонстрировать различные флуоресцентные цвета. Более того, исследователи намерены вывести рыбу, которая меняла бы цвет в зависимости от температуры воды, то есть собираются использовать генетически изменённую флуоресцентную рыбу в качестве термометра.

Концепция живого "стража окружающей среды" не нова -- использовать в качестве индикаторов загрязнения живых существ предлагалось давно. Но как доказывают многие ученые, генетически изменённая рыба представляет существенную угрозу для живой природы и может привести к исчезновению "исходной" популяции. Энн Капуссински, профессор Института социальной, экономической и экологической поддержки (ISEES) Университета Mиннесоты, также считает, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы оценить потенциальный риск выпуска рыбы-мутанта. "В некоторых видах рыбы меняют цвет с целью привлечь особей другого пола, чтобы произвести потомство, -- рассказывает профессор Капуссински. -- Генетические изменения в цвете особей могут нарушить и этот хрупкий механизм, что также приведёт к сокращению, а то и гибели того или иного вида"(2004 г.).Существуют и другие виды рыб, с помощью которых можно оценить степень загрязнения окружающей среды, осуществлять постоянный контроль ее качества и изменений. Например, зеркальный карп и золотая рыбка становятся беспокойными при наличии в воде стоков нефтяной и химической промышленности. Высокая чувствительность щуки к загрязнению делает ее надежным индикатором состояния питьевой воды. Индикаторами чистоты водоема могут служить подкаменщик сибирский и форель.

2.2 Использование дождевых червей как биоиндикаторов тяжелых металлов

Британские ученые предложили использовать дождевых червей в качестве биоиндикаторов для выявления следов тяжелых металлов в почве. Тревор Пирс из университета Ланкастера и его коллеги обнаружили в районе бывшего мышьякового рудника окрашенных в ярко-желтый цвет, но во всех прочих отношениях вполне здоровых дождевых червей. Исследования показали, что необычная окраска вызвана повышением содержания мышьяка в их пище. Оказалось, что и многие другие тяжелые металлы приводят к изменению цвета дождевых червей: так свинец делает их черными, а цинк - почти прозрачными. Благодаря этой особенности черви могут служить надежными биодетекторами загрязнения почвы. Более того, по мнению Пирса (2002 г.), достаточно большая колония червей - вместе с резистентными к тяжелым металлам растениями - способна эффективно очистить почву от вредных веществ.

2.3 Ракообразные - индикаторы загрязнения

При контроле за качеством сбросных вод большое значение имеют данные о применяемых пестицидах, их стойкости в водной среде и биологической активности.

Вот уже несколько лет с ранней весны до осени на азовских лиманах проводят исследования ученые Всесоюзного научно-исследовательского института природы и заповедного дела. Здесь они совместно со специалистами ВНИИ риса анализируют состав воды рисовых чеков, сбросных каналов и самих лиманов. Контрольные исследования проводятся разными методами. Рисоводы определяют качество воды с помощью гидрохимических анализов. Природоведы -- методом биотестирования.

Первые берут пробы воды и затем в течение довольно длительного времени на сложном лабораторном оборудовании определяют химический состав сбросных вод. Вторые же все исследования проводят с использованием живых организмов. Делается это так. В колбы набирается вода из различных источников. Затем туда выпускают дафний и наблюдают за их поведением. В первой колбе дафнии погибли через несколько мгновений. Вода, взятая из отстойника коллектора, оказалась сильно загрязненной. Во второй - живые организмы просуществовали только 24 часа. Эта проба воды взята из рисовых чеков одного из рыбоводческих хозяйств. В третьей колбе, в воде, взятой из сбросного канала, рачки жили 48 часов. И только в последней колбе с дафниями как будто бы ничего не произошло даже после 96-часового обитания в исследуемой воде из Курчанского лимана Азовского моря. Но ученые при этом заметили необычное поведение дафний. Периоды активного их движения сменялись неподвижным состоянием, явно ненормальным было и потомство дафний. Данный эксперимент показывает различные степени загрязнения вод, сбрасываемых с рисовых полей. Полученные данные используются в разработке автоматизированных устройств для регистрации токсичности водной среды. В Белгородской обл. проводили биотестирование с помощью Daphnia magna природных источников питьевой воды (родников). Основными оценочными показателями являлись: выживаемость, плодовитость, рост в ряду поколений, общая численность популяций. Исследование хронической токсичности с помощью дафнии показали, что из 9 изученных источников 6 имеют воду хорошего качества, остальные 3 следует оценивать как непригодные для питья (Огрель Л.Ю., Шевцова Р.Г.,2002 г.).

Дафнии -- это только один из множества живых организмов, которые сейчас используются для биотестирования. Известно, например, что речные улитки накапливают присутствующий в воде марганец и свинец, в теле хищного жука-гладыша накапливается цинк, а жук-плавунец отдает предпочтение меди.Другой пример использования живого существа в качестве детектора-индикатора загрязнения -- эксперименты с крабом-подковой (horseshoe crab). В 50-е годы ученые одной фармацевтической компании обнаружили, что при контакте с бактериями его кровь сворачивается. На ракообразное началась охота. Препараты, приготовленные из крови краба, использовались для проверки чистоты стерилизованного медицинского оборудования. На добыче краба-подковы предприимчивые фармацевты заработали более $50 миллионов. В результате планомерного уничтожения возникла опасность исчезновения этого вида краба. И лишь в 2000 году профессоры Национального университета Сингапура (NUS) Хо Бау и Динг Джек Линг (Ding Jeak Ling) -- успешно клонировали ферменты крови краба-подковы, создав, таким образом, искусственную копию одного из самых чувствительных к токсинам природных "датчиков". Дело в том, что естественная среда обитания краба-подковы -- это самые загрязнённые водоёмы мира, в которых он выживает, благодаря наличию антитоксинов в крови. Краба оставили в покое, а учёные получили множество наград и премий за своё открытие. Своим достижением в генной инженерии ученые создали редкую в науке ситуацию "победы победы" (win-win situation) -- научного открытия, от которого выиграли оба: и человек, и -- в данном случае -- ракообразное.

дафния биоиндикатор водный среда

2.4 Использование Простейших, Кишечнополостных, Моллюсков как индикаторов состояния воды

Довольно широко используется метод биотестирования воды по хемотоксической реакции парамиций. Он основан на способности подвижных организмов (простейших) перемещаться в направлении к источнику или от источника химического стимулирования (хемотаксис). Последний имеет место только при наличии определенной концентрации химических веществ. В противном случае движение микроорганизмов носит хаотический характер, и они распределены в жидкости произвольно. Парамеция каудатум относится к классу Ресничных инфузорий. Это наиболее сложно устроенные простейшие, очень чувствительные к изменениям химического состава среды. Инфузория тетрахимена пириформиа относится к классу Ресничные инфузории. Она очень чувствительна к незначительным концентрациям загрязнений, попадающих в водные системы. Короткий жизненный цикл развития инфузорий дает возможность быстро выявить характер действия токсикантов. Простота культивирования, доступность проведения исследований позволяет использовать этот тест- объект не только в лабораторных, но и полевых условиях. Показателем токсичности используемой пробы является подавление скорости прироста клеток инфузорий и их гибели. Особенности строения гидры пресноводной, ее повышенная чувствительность к раздражимости, в связи с многочисленными нервными клетками, позволяют использовать ее в качестве биотестера свойств сточной воды и провести оценку степени поступления в нее токсичных соединений. Целый ряд методов оценки токсичности сточной воды основаны на регистрации эффектов действия токсикантов. Особое внимание заслуживают гидробионты - фильтраторы, к которым относятся двустворчатые моллюски. Организмы данной группы прокачивают через фильтрующий аппарат значительное количество воды и поэтому требовательны к ее качеству. Присутствие в воде биологически вредных примесей, вызывает серию адаптивных реакций, предотвращающих, либо замедляющих, дальнейшую интоксикацию. Снижение интенсивности фильтрации воды или ее полное прекращение является реакцией, типичной для фильтраторов. Эта реакция используется в качестве тестовой, свидетельствующей о повышенном содержании токсикантов в исследуемой воде.

2.5 Птицы и насекомые - индикаторы биологического разнообразия

Исследователи полагают, что исчезновение популяций насекомых и птиц это реальные признаки потери биологического разнообразия. Кроме того, они считают, что их популяции являются отличными индикаторами общего благополучия природной среды. Насекомые представляют собой важную составную часть фауны и являются отражением сложности среды и биологического разнообразия в целом. Они принимают участие в огромном количестве экологических процессов, гарантирующих защиту экосистем. Защита насекомых может проявляться через охрану среды их существования, так как они играют очень значительную роль в защите окружающей среды.Среди насекомых очень известными и выделяющимися считаются такие разновидности, как пчелы, бабочки и божьи коровки. Пчелы, садясь на цветы, обеспечивают их опыление, божьи коровки освобождают поля от тли, а бабочки являются украшением природы. К несчастью, многие виды находятся на грани исчезновения, согласно исследованиям, опубликованным CORDIS, показатель угасания бабочек изменяется в зависимости от зоны их обитания, в общем он оценивается в 11 % за последние 25 лет. Несколько лет назад ученые сообщили, что один из каждых восьми видов птиц в мире находится под угрозой. В числе районов с самым большим количеством исчезающих видов находятся: атлантическое побережье Бразилии, Гималаи, остров Мадагаскар, а также архипелаги Юго-Восточной Азии.

2.6 Животные - живые барометры окружающей среды

2.6.1 Живые сейсмологи природы

Поведение животных часто показывает на изменения, которые происходят в окружающей среде. Например, скальные ящерицы и желтопузики, как правило, греются на солнышке на удалении 20-25 метров друг от друга, вблизи своих жилищ. Но иногда, что-то заставляет рептилий покинуть свои убежища, и тогда желтопузики встречаются чуть ли не на каждом шагу... С древности у жителей сейсмически активных регионов планеты есть свои приметы, предупреждающие о приближении землетрясения. Одной из самых загадочных, но безошибочных считается поведение рептилий. В 1975 году из провинции Ляонин (Китай) стали поступать сообщения о массовых случаях замерзания змей и ящериц на снегу. Якобы, узнав об этом, Мао Цзэдун заметил: "Мой дед говорил: если увидишь на снегу замерзшую змею, то скоро случится землетрясение". В течение суток миллионный город был эвакуирован, а спустя еще некоторое время произошло знаменитое хайчэнское землетрясение. Крымским сейсмологам также удавалось предсказывать землетрясения по поведению ящериц. 5 октября 1984 года ящерицы выползли из своих нор, несмотря на темное время суток и низкую температуру. Через час после этого были зафиксированы подземные толчки в районе ялтинского побережья.

Еще один случай: 26 июня 1986 года удалось предсказать слабые колебания земной коры. В этот день шел дождь, тем не менее ящерицы были активны и не прятались, как обычно, в укрытия. Еще одной удачей биосейсмологов было спрогнозированное в 1984 году в ночь с 4 на 5 июля четырехбалльное землетрясение в акватории Черного моря. В течение трех часов жители Ялты почувствовали 15 подземных толчков, к которым были готовы благодаря вовремя сделанному биопрогнозу. Ученые из Никитского ботанического сада, расположенного в Ялте, выяснили, что же лежит в основе "змеиного инстинкта". В результате исследований были найдены биологические механизмы, которые позволяют рептилиям предчувствовать землетрясения. "Ящерицы как наиболее древние представители фауны обладают сильной реакцией на воздействие геомагнитных и электромагнитных полей, это объясняется тем, что у ящериц нервная система отличается от нервной системы других животных" (С. Шарыгин, 2001г). По словам ученого, у рептилий есть так называемый париетальный орган, или "третий глаз". Этот орган располагается на конце промежуточного мозга, рядом с эпифизом, который регулирует нервную систему. Интересно то, что у ящериц он выходит наружу через специальное отверстие, в отличие от змей, у которых данный орган располагается внутри черепа.

Длительные наблюдения позволили ученым сделать вывод о том, что "третий глаз" способен "видеть" низкочастотные магнитные поля, предвещающие сейсмическую активность. На биополигоне был проведен эксперимент, подтвердивший выводы ученых. Нескольких ящериц подвергли воздействию высокочастотных электромагнитных полей большой интенсивности, спустя несколько дней подопытные животные погибли. Тогда на ящериц стали воздействовать низкочастотными полями. Это вызвало у рептилий повышенную активность. Ящерицы вели себя так, как обычно ведут себя в природе перед подземными толчками: они пытались выбраться из вольера, быстро перебегали с места на место и проявляли явное беспокойство.

Однако результаты опытов поставили биологов перед сложной задачей - как суметь отделить помехи, возникающие при сильных магнитных бурях, от сигналов - предвестников землетрясений. Тогда на территории полигона установили магнитометры, которые определяли силу геомагнитного возмущения, так называемый планетарный магнитный индекс. Нормальному состоянию магнитного поля Земли соответствует индекс 0,5. Если же его значение превышает единицу, то рептилии это чувствуют и активность их повышается, но не настолько, чтобы делать выводы о надвигающейся угрозе. "Часто я вижу, как мои питомцы вылезают из нор и объединяются в группы. Например, появление желтопузиков на поверхности в дождливую погоду нехарактерно - они предпочитают греться на солнышке. Такое отклонение может быть вызвано магнитной бурей", - рассказывает ученый Никитского ботанического сада Сергей Шарыгин,- А вот когда стрелки приборов приближаются к отметке

"два" и обитатели полигона покидают свои убежища, тогда жди беды». По мнению биологов, рептилии в отличие от приборов никогда не ошибаются в своих прогнозах. За счет строения нервной системы, которая досталась им от древних сородичей, ящерицы - наиболее чувствительные биологические индикаторы. Они могут определять приближающееся землетрясение в радиусе до ста километров от его эпицентра. Когда в 1990 году в Судаке было шестибалльное землетрясение, ученые наблюдали аномальное поведение ящериц на расстоянии 40 километров от эпицентра. По словам очевидцев, рептилии буквально ковром застилали поверхность земли и располагались на вертикальных поверхностях скал и камней. Вертикальное положение помогает им справиться с напряженностью и направленностью геомагнитного поля. Таким образом, они пытаются снизить воздействие поступающего перед толчками сигнала. Сотрудники Карадагской геостанции говорят, что после того как собрана вся информация по всем признакам - и электромагнитным, и геофизическим, и сейсмологическим, и биологическим, - можно объявлять тревогу. На их памяти были случаи, когда поведение желтопузиков предвещало социальные и политические катаклизмы. Вообще накануне любых важных мероприятий в Крыму там собирается экспертный совет по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений, на котором присутствует и директор ялтинского полигона С. Шарыгин. Он дает рекомендации по результатам наблюдений за "живыми индикаторами". С помощью своих питомцев биосейсмологи научились прогнозировать силу подземных толчков, масштабы и район сейсмической активности, но теперь им предстоит предсказать время землетрясения. Известно только то, что биологические индикаторы могут срабатывать как за несколько часов, так и за несколько дней до начала бедствия. Чем продолжительнее срок активности животных, тем сильнее и разрушительнее будут колебания земной поверхности. Зимой рептилии засыпают и их сейсмочувствительность притупляется. Но если в период холодов ящерицы выползают на снег, то это предвестник самого грозного бедствия.

Успехи в прогнозировании землетрясений пока сравнительно невелики. Но люди давно замечали, что подземным толчкам нередко предшествовало необычное поведение домашних и диких животных: дикие утрачивали обычный страх перед человеком и появлялись близ селений или даже прямо в них, а домашние становились беспокойными, непослушными, стремились покинуть помещения. Да и организм человека тоже "замечает" какие-то изменения во внешней среде: статистика вызовов "скорой помощи" отразила рост числа сердечно-сосудистых заболеваний среди жителей Ташкента и Спитака перед сейсмической катастрофой. Теория биологического предсказания землетрясений пока не создана, но некоторые подходы уже обозначены. Возможно, животные реагируют на повышение выделения из земной коры газов (углекислого газа, метана и других углеводородов, радона, водорода, сернистых соединений и т. д.), на инфразвуки, усиление напряженности электромагнитных полей и другие изменения во внешней среде, которые человек если и чувствует, то не осознает. Эти изменения, нарастающие перед землетрясением, могут восприниматься живыми системами как сигналы об опасности.

2.6.2 Уникальные способности синантропных животных

В номерах журнала "Наука и жизнь" за 1998 год А. Горбовский описывает ситуации, в которых животные проявили необычные способности в период Второй мировой войны, предупреждая о налетах вражеской авиации раньше, чем это могли сделать люди с помощью радаров; называет множество интригующих случаев, когда поведение животных могло служить предвестником разрушительных землетрясений. О способности крыс предвидеть заранее будущие несчастья знали еще древние".Если не отрываться от реальных фактов, то они таковы: крысы (серая и черная) - давние спутники человека в обживании Земли, типичные синантропные животные, которые следовали за человеком почти всюду, расселяясь с ним и выживая за его счет. Крысы поселялись на судах, особенно в этом преуспела черная крыса. Они всегда занимали самые укромные, труднодоступные места. Обитая в трюме, эти зверьки нередко раньше, чем моряки, обнаруживали аварийные ситуации, угрожавшие их благополучию. Для них гибель судна столь же опасна, как и для людей. Если в трюме появлялась вода или начинал самовозгораться груз, крысы бежали, оповещая этим моряков об опасности. И в этом нет ничего неестественного. Однако профессия моряка - одна из самых рискованных, поэтому моряки очень суеверны. В утверждении о способности крыс предвидеть будущие несчастья людей велика доля домысла. Ученые предпочитают высказывать мнение, что крысы способны достаточно верно оценивать степень опасности (именно для себя, для крыс!) в любой ситуации: на тонущем судне, во время весеннего половодья или на продовольствен- ном складе, где люди затеяли дератизацию. Обычно жизнь крыс (не только на судах) бывает скрытой от человека, а потому она таинственна и непонятна. Неудивительно, что она порождает суеверия. В эпизоде, описанном в воспоминаниях подводника в том же восьмом номере журнала, как раз ничего таинственного нет: крысы, обитавшие на атомной подводной лодке, первыми ощутили опасность, исходящую от аварии (утекло почти 200 л фреона). Их беспокойство помогло людям обнаружить аварию и принять своевременные меры. Но легко представить себе, что не будь в данном случае все столь "прозрачным" и хорошо объяснимым, как возникла бы почва для догадок и вымысла. В старину шахтеры брали в шахту клетку с канарейкой. Опасность в шахте исходит, в основном, от рудничного газа. При повышении его концентрации первой пострадает канарейка, что дает шахтерам шанс принять меры к собственному спасению. Современный инженер по технике безопасности или эколог вряд ли скажет, что канарейка "предвидит" беды шахтеров. Более правильно отнести такую ситуацию к области биологической индикации состояния среды. И канарейка в шахте, и крысы на атомоходе - это биоиндикаторы.

2.6.3 Живые системы как биологические индикаторы

Под биологическими индикаторами в экологии понимаются живые системы (клетки, многоклеточные организмы, популяции, виды, сообщества организмов), которые позволяют судить о состоянии среды обитания. Суть в том, что биологический индикатор - это часть системы, состоянием которой озабочен человек. Правильно подобранные индикаторы позволяют решать задачу мониторинга (слежения) дешевле, проще и оперативней, чем при полном и всестороннем изучении этой системы с помощью приборов. У людей есть давний опыт использования биоиндикаторов. После длительного плавания моряки узнавали о близости земли по наличию птиц, свойственных морским побережьям. Собака чуяла и слышала хищного, опасного зверя лучше, чем древний человек, и тем была ему полезной. В наше время загрязнение атмосферы замечают по обеднению флоры лишайников. Повышение частоты особей с аномальными признаками (уродства конечностей у лягушек и тритонов, повышенное количество лепестков у цветков, многочисленные "ведьмины метлы" в кронах деревьев и т. д.) свидетельствуют о присутствии здесь каких-то тератогенных и мутагенных (вызывающих уродства и мутации) факторов. Форель - прекрасный индикатор чистоты воды, возвращаемой промышленным предприятием в естественный водоем. Некоторые бактерии используются как высокочувствительные индикаторы присутствия различных веществ: радионуклеидов, ядов, наркотиков и т. д. Историк Иордан (VI век) описал эпизод времен гуннских завоеваний: в 371 году гуннские всадники, продвигаясь по Таманскому полуострову, увидели самку оленя и стали ее преследовать. Олениха вошла в воду и, осторожно ступая, перешла в Крым. Так она указала охотникам брод, по которому гунны перешли в Крым, зайдя в тыл готам и скифам. Это обеспечило гуннам победу. При соответствующей склонности к ненаучным объяснениям этот эпизод дал бы повод для "привлечения" к людским делам потусторонних сил или для суждения о том, что олениха хотела помочь гуннам. А ученый мог бы сказать, что животное послужило "биоиндикатором" глубины воды.

В отличие от многих животных человек плохо видит ночью, не воспринимает зрительно поляризованный свет и ультрафиолетовые лучи. Мы глухи к ультразвукам и инфразвукам, а между тем их воздействие на человека может быть значительным и даже опасным. В сравнении с летучими мышами человек туг на ухо, в сравнении с легавой собакой - почти лишен обоняния, в отличие от термитов не способен ощущать электромагнитные поля. Впрочем, и у человека, и у животных нервная система имеет фильтры, которые пропускают в чувствующие системы организма лишь часть сигнальных воздействий. И это полезная черта организации нервной системы. В последние годы по всему земному шару отмечено увеличение частоты уродств конечностей у лягушек и других амфибий. Причина, скорее всего, - повсеместное загрязнение среды.

III. Краткая физико-географическая характеристика района исследования

3.1 Географическая характеристика

Калининский район расположен в северо-западной части Краснодарского края и лежит между 45 00 и 45 42 северной широты и 38 00 и 38 16 восточной долготы. С севера и с запада его территория граничит с Приморско-Ахтарским районом, с востока- с Тимашевским и Динским районами, с юга -со Славянским и Красноармейским районами.

Станица Калининская находится в семидесяти км. от краевого центра- города Краснодара, в тридцати пяти километрах от города Тимашевска и в одном километре от ближайшей железнодорожной станции «Величковка».

3.2 Климат

Средняя годовая температура воздуха составляет 9,6С, средняя температура января -4,0С, июля +19,9С,абсолютный минимум -35С, максимум температуры воздуха +41С. Средняя продолжительность безморозного периода 191 день, наименьшая 152, наибольшая 217дней, средняя дата наступления заморозков 13 октября, ранняя 17 сентября, поздняя 17 ноября., поздняя 17 ноября. Средняя дата последнего заморозка 14 апреля, ранняя 24 марта, поздняя 10 мая, а в прошедшем 2000 году 14 мая.

Зима умеренная. За зиму средняя из наибольших высот снежного покрова не превышает 15 см. сход снежного покрова происходит в середине марта, средняя глубина промерзания почвы соответствует 32 см, наименьшая 9см, наибольшая 52см.

Для вегетации растений и возможностей начала полевых работ значение имеет переход средней суточной температуры к положительным значениям. Переход средней суточной температуры через 5С происходит в конце марта-начале апреля. В середине апреля устанавливается жаркая погода с наличием засух, в отдельные годы дневные температуры могут повышаться до 360С и выше. Лето наступает в первой декаде мая. Лето жаркое, сухое. При наличии высоких температур количество осадков за вегетационный период недостаточно. Сумма осадков за период с температурой выше 10С составляет 335мм, а за год 532мм. В течение всего года на территории станицы преобладают восточные (28%) и северо-восточные ветры (17%). Средняя скорость ветра составляет 3,8 м/сек; в течение вегетационного периода часто повторяют суховеи (35-90 дней), поэтому необходима посадка лесополос и социальная обработка почвы. Большая влияние на микроклимат станицы оказывает река Понура. Большая водная поверхность, особенно в период затопления пойманной части рек и выхода грунтовых вод на поверхность увеличивает влажность воздуха и количество туманных дней, повышает зимнюю температуру и понижает ее летом.

3.3 Рельеф

Общий уклон местности имеет направление с юго-востока на северо-запад и на основной части территории имеет уклон до 1%. Волнистость поверхности обусловлена наличием реки и балок с сетью многочисленных ответвлений-балочных понижений. С юго-востока на северо-запад территорию станицы пересекает река Понура. Равнинность рельефа Калининской благоприятно влияет на развитие сельского хозяйствам частности растениеводства. Обширные равнинные территории способствуют механизированной обработке почвы.

Коренными породами, слагающими территорию района, являются пески верхнеплиоценового возраста. Отложения верхнего плиоцена покрываются красно-бурыми глинами, которые сверху покрыты толщей четвертичных отложений, проставленный светлыми желто-бурыми лессовидными глинами, мощность их достигает 20м.

Почвообразующими породами, слагающими основную территорию исследуемой территории, являются желто-бурые легкие глины.

В пониженных участках поймы реки почвообразубщими породами являются оглееные глины, почвообразующие породы днищ балок представлены уплотненными глинами.

3.5 Растительный мир

Растительный покров изучаемой территории тесно связан со своеобразием географических, геологических, гидрологических и климатических условий.

В сложной и длительной истории на фоне последовательной смены геологических эпох растительной покров испытал большие нарушения, подвергся воздействию со стороны человека.

Степи полностью распаханы, местами превращены в выгоны. Только кое-где по склонам балок и по немногим межам сохранились остатки бывшего степного растительного покрова.

Основная естественная растительность, охарактеризованная профессором И.С. Косенко (1970) как разнотравно-злаковая кустарниковая степь. Представлена она большим разнообразием видового состава при преобладании тонконога, жестняка степного, костра, пырея, типчака и других.

По берегам рек и глубоким западинам растительность представлена лугово-болотным типом-тростником, осоками и др.

Древесная растительность представлена дубом, ясенем, акацией.

3.6 Гидрография и гидрология

География станицы представляет степной рекой Понура. Река пересекает территорию исследуемой станицы с юго-востока на северо-запад и относится к категории типичной равнинной степной реки. Питание реки осуществляется в основном за счет талых снеговых вод в весенний период.

Грунтовые воды залегают на глубине 3-4 метра. Лишь вблизи реки грунтовые воды в некоторых местах выходят на поверхность. Грунтовые воды обладают сравнительно невысокими питьевыми качествами.

Река Понура начинается в четырех км юго-западнее станицы Динской и впадает в Понурский лиман. Длина реки 90 км; весеннее половодье длится от одного до двух месяцев ( февраль-март), иногда летом происходят кратковременные дождевые паводки. По всей длине реки построено 54 дамбы, что значительно влияет на ее скорость течения, растительный и животный мир.

3.7 Тектоника, геологическое строение. Полезные ископаемые

В тектоническим отношении территория Калининского района, центром которого является исследуемая станица, входит в пределы Азово-Кубанской впадины.

На формирование геологического строения оказывали свое влияние разнообразные процессы регионального масштаба.

Главным фактором, обуславливающим геологическое строение территории, является тектоническое состояние Азово-Кубанской впадины, в развитии которой наблюдается тенденция к погружению, начавшегося еще с дочетвертичного времени и продолжавшегося ныне. В силу этого исследуемая территория явилась ареной накопления терригенного материала, приносимого главным образом с Кавказа и Ставропольской возвышенности.

Четвертичные отложения повсеместно распространены на всей территории Калининского района. Они слагают верхнюю часть геологического разреза, покрывая собой более древние третичные осадки. Третичные отложения представлены осадками плиоцена, миоцена, олигоцена, эоцена, верхнего палеоцена.

В результате обследований установлено, что в ст. Калининской существует разрабатываемый карьер глин, на базе которого работает кирпичный завод.

V. Материалы и методы исследования

Материалом для данной работы послужили дафнии, используемые для биотестирования воды реки Понуры, взятой на различных участках. Исследование токсичности воды в вышеназванной реке проводилось в сентябре в 2006 году в окрестностях станицы Калининской.

Определение систематической принадлежности дафний проводилось по определителю «Маршал Клавендиш» (2003г.).

Для проведения экспериментальной работы использовалась методика, предложенная В.А. Поляковым (1995 г.).

VI. Биология и строение дафнии как главного биоиндикатора воды в условиях станицы Калининской

Для того, чтобы использовать дафнии как биоиндикатора воды на различных участках реки Понура мы изучило ее морфологию и биологию .

Летом, в теплую погоду, в выводковой камере самки образуются неоплодотворенные яйца (50-100 шт.), из которых выходят только самки, вскоре покидающие тело матери. Затем самка линяет и в ней опять развиваются новые яйца. Молодь через несколько дней также дает приплод. Это приводит к бурному массовому размножению рачков, во время которого вода кажется окрашенной в ржавый цвет. С наступлением холодов, в конце лета и осенью, из некоторых яиц появляются самцы, а у самок образовываются яйца, которые могут развиваться лишь после оплодотворения самцом. Эти оплодотворенные, заключенные в плотную оболочку, яйца-эфиппии плавают или опускаются на дно, могут переносить высыхание и морозы, сохраняя вид при неблагоприятных условиях. Тепло и влага пробуждают их к жизни, из яиц появляются самки и цикл начинается снова. Рачки живут в различных водоемах -- прудах, озерах, канавах, ямах с водой и т. п. Питаются растительным планктоном, бактериями и инфузориями, которых затягивают в рот током воды, создаваемым движением ног. Наиболее часто встречаются следующие рачки: -- Дафния магна, самка до 6 мм, самец до 2 мм, личинки -- 0,7 мм. Созревают в течение 4-14 суток. Пометы через 12-14 суток. В кладке до 80 яиц. Живут 110-150 суток. -- Дафния пулекс, самка до 3-4 мм. Пометы через 3-5 суток. В кладке до 25 яиц. Живут 26-47 суток. Моина (красный рачок), самка до 1,5 мм, самец до 1мм, личинки 0,5мм. Созревают в течение 6 суток. Пометы каждые 1-2 дня, до 7 пометов, до 53 яиц. Живут 22 дня. Учитывая, что дафнии живут и активно размножаются в чистых водоемах, их отсутствие в воде довольно показательно. Эти мелкие ракообразные очень чувствительны к химическому и радиоактивному загрязнению и потому могут служить организмами-индикаторами чистоты воды. Даже разбавленные в 10 раз городские сточные воды токсичны для дафний в месте сброса сточных вод смертность этих рачков достигает 94-100%. Мелкие виды дафний (Daphnia pulex, D.longispina) менее чувствительны к загрязнению, чем крупная Daphnia magna, но и их не бывает в сточных водах, где степень очистки близка к минимальной.

VII. Результаты исследований воды реки Понуры при помощи биоиндикатора - дафний

На месте излучины реки Понуры, где практически нет течения и часто образуются в жаркое время пересыхающие участки, мы вылавливали дафний. В таких водоемах дафнии более привычны к кислородному голоданию и легче переносят дальнейшую транспортировку. Вылавливали дафний сачком. Использовали для этого специализированный сачок с длинной рукоятью -2метра, диаметром 30см и тканевым конусом из капрона 60см длины с закруглением на конце. Сачком спокойно, плавно, без особых усилий водили в виде “восьмерки” в местах скопления дафний. Чтобы не подхватить с дафниями гидру мы старались ловить рачков вдали от зарослей водных растений. Отловленных дафний помещали в бидон. В школе отловленных дафний перелили в широкий белый эмалированный таз. Там, в течение 2-х часов все нежелательные организмы осели на дне и стенках. Поместили дафний в 20-ти литровый аквариум со старой водой при температуре 22 градуса . В аквариум добавили 2 литра воды из водоема, где выловили дафний, согласно рекомендаций В.А. Полякова. В качестве корма дафниям использовали кормовые дрожжи. Кормили животных 1 раз в день утром. Через неделю рачки начали размножаться.

Для исследования качества воды реки Понуры 15 сентября отобрали 3 пробы в количестве двух литров каждая. Проба №1 была отобрана на участке реки Понуры в районе автотранспортного предприятия «Континент» (восточная окраина станицы Калининской). Проба №2 - на станичном пляже (южная окраина Калининской). Проба №3 отбиралась на сбросовом канале с рисовых чеков (западная окраина станицы Калининской). Для удаления взвешенных частиц, забивающих фильтровальный аппарат дафний, пробы воды отстаивали в течение 24 часов.

Затем, в три стакана налили по 200 мл тестируемой воды из каждой пробы и поместили туда по 10 дафний. В качестве контрольной пробы взяли воду с места проживания рачков, отстоянную в течение 24 часов.

Основным показателем токсичности является выживаемость рачков. Наблюдения за выживаемостью дафний проводили согласно методике в течение 1-го и 2-го часа воздействия раствора, через 15 минут, а затем ежечасно до конца 1-го дня наблюдений, а в последующие сутки - 3 раза в день (в 8, 13, 18 часов). Результаты заносили в таблицу. Эксперимент повторили 2 раза. Продолжительность экспозиции в обоих случаях- 33 часа.

Таблица № 1. Выживаемость дафний (экз.) в пробах воды реки Понуры

Время гибели рачков определяли по наступлению неподвижности (иммобилизации): дафнии лежали на дне стакана, плавательные движения отсутствовали и не возобновлялись при покачивании стакана.

Причем, в пробе №3 через 30 минут после помещения дафний в стакан с раствором исследуемой воды отмечалась сначала повышенная активность, а затем угнетение рачков, которое выразилось в значительном замедлении движений животных. В пробе №1 изменение активности животных (замедление двигательной реакции) наблюдалось через 2 часа после начала эксперимента. Полная гибель рачков в пробе №3 наступила через 3 часа экспозиции в обоих случаях, а в пробе №1 -через 33 часа экспозиции во втором случае, а при первом проведении эксперимента через 33 часа наблюдалась гибель 80% дафний. Гибель рачков в пробе №2 составила 10% на конец эксперимента в первом случае и 20%- во втором случае, что является доказательством хорошего качества воды.

1. Биоиндикаторы - организмы, которые реагируют на загрязнение окружающей среды изменением видимых признаков, что позволяет прогнозировать ситуацию с загрязнением на основе измерения этих изменений. На протяжении истории человеческого общества люди научились не только наблюдать за изменением в поведении различных представителей животного мира, но и широко использовать их особенности для предсказания погоды, характеристики окружающей среды, надвигающихся природных катастроф.

В последние годы животные - биоиндикаторы используются в экспериментальной и производственной деятельности. Тест-объектами являются водные животные - инфузория туфелька (Paramecium caudatum), гидра (Pelmatohydra oligactis), рыбы-гуппи (Poecilia reticulata) и золотая рыбка (Carassius auratus auratus), личинки остромордой (Rana arvalis) и озерной (Rana ridibunda) лягушек и другие. Учитывая, что дафнии живут и активно размножаются в чистых водоемах, их отсутствие в воде довольно показательно. Эти мелкие ракообразные очень чувствительны к химическому и радиоактивному загрязнению и потому могут служить организмами-индикаторами чистоты воды. Положительным фактором их использования как биоиндикаторов является их широкое распространение, высокая плодовитость, простота проводимых с их участием исследований. Исследования качества воды реки Понуры при помощи биотеста дафний показали, что на разных участках водоема токсичность воды различна. Наиболее высокая токсичность отмечается в сбросовом канале с рисовых чеков, менее токсична вода в реке возле автотранспортного предприятия «Континент». Относительно хорошее качество воды отмечается на станичном пляже ( южная окраина Калининской).

Предложения

Довести до сведения учительской и родительской общественности результаты биотестирования реки Понуры.

Провести очистку берегов реки возле школы с целью создания проведения лабораторного практикума для полного исследования воды данного водоема.