Су қоймаларның биоиндикациясы

     Адамзат табиғаттағы  биоалуантүрлілікті сақтап, табиғи  тепе-теңдікті бұзбай, болашақұрпаққа  қалдыра алатындай етіп сақтау қажет. Табиғат-адам-өндіріс жүйесінде адам басты тұлға болғандықтан экология ғылыми бақылау, тәжірибе жасау, ғылыми зерттеулер арқылы адамның табиғатпен ара-қатынасын дұрыс ұйымдастыру, өндірісті табиғи ортаға зиянсыз етіп жүргізу жөнінде жүйелі ұсыныстар дайындауға тиімді жолдар мен әдістер табуға міндетті. Соның ішінде қошаған ортаның өзгерістерін алдын-ала болжау мен уақытында анықтау маңызды орын алады.

      Соңғы уақытта  ғалымдар қоршаған ортаның өзгерістерін  биологиялық жүйе және оның  реакциясы арқылы анықтауды тиімді әдістердің біріне жатқызуда.

      Қоршаған ортаның абиотикалық және биотикалық факторлар әсерін бағалауды биологиялық факторлар әсерін бағалауды биологиялық жүйелер арқылы жүргізу әдісін – биоиндикация деп атайды. Латын тілінен аударғанда “indicare” көрсету деген мағынаны білдіреді.

     Биологиялық индикацияны, яғни қоршаған ортаның жағдайын тірі организмдердің реакциясы арқылы бағалау әдістерін өнеркәсіптері жақсы дамыған мемлекеттер қолданысқа енгізуде.

       «Биоиндикация» ұғымын европалық ғылыми әдебиеттері, ал американдық әдебиеттерде «экотоксикология» ұғымы қолданылады.

      Ван Штраален (1998) пікірінше биоиндикация үш  жағдайда таптырмайтын әдіс.

1. Факторды өлшеу мүмкін  емес жағдайда. Бұл жағдайға өткен  ғасырда климаттың қайта жаңғыруы жатады. Солтүстік Америкада өсетін өсімдіктердің тозаңын анализдеуде ұзақ уақытта жылы, ылғалды климатты құрғақ, салқын климат, орманды бірлестікті шөптестін бірлестік алмастырғанын көрсетті. Диатомды балдырлардың қалдықтары Швеция көлдерінің табиғи себеппен бұрын қышқылды болғандығын көрсетеді.

2. Факторларды өлшеу өте  қиын жағдайда. Кейбір пестицидтер  тез ыдырайды, тіпті олардың концентрациясы  топырақтта да байқалмайды. Инсектицид  дельтаметриннің белсенділігі оның шашқаннан кейін бірнеше сағаттан кейін күшейеді, бұл кезде фаунаға (қоңыздар, өрмекшілер) әсері бірнеше аптаға дейін созылады.

3. Фактор өлшеу оңай, бірақ  талдау қиын кезде. Әртүрлі поллютант концентрацияларының қоршаған ортаға әсері туралы мәліметтер толық емес, себебі бұл заттар тіршілікке өте қауіпті. Олардың шектеулі концентрациясы тек адам үшін ғана есептелінген. Бірақ бұл басқа тірі организдерге тән деген емес, себебі кейбір түрлер адамнан да өте сезімтал болады, оларға қандай мөлшерде әсері тиетіндігі туралы мәліметтер жоқтың қасы. Ластаушы заттардың концентрациясының қоршаған ортаға әсерін білу үшін бұл жерде бізге биониндикация жылдам анықтап бере алады. Физикалқ және химиялық әдістер факторларға сапалық және сандық сипаттама бере алса, ал биоиндикация орта өзгерісінен биологиялық салдары туралы ақпарат береді.

     Биоиндикацияның өзектілігі орта сапасын анықтауда қарапайымдылығы, жылдамдылығы, арзандылығында. Мысалы, топырақтың тұздануын жөке ағаштарының жапырақ шеттерінің күз түспей жатып сарғаюынан анықтауға болады.

      Биоиндикация  арнайы және арнайы емес түрлері болады. Бірішні жағдайда тірі жүйенің өзгерісі тек бір ғана факторға байланысты. Мысалы, ауада озонның жоғарғы концентрациясы темекі жапырақтарына күміс некроз дақтарын туындатады. Ал екінші жағдайда ортаның әртүрлі факторлары бір ғана реакцияны түзеді. Мысалы, топырақ омыртқасыздарының санының төмендеуі топырақтағы бірнеше факторларға байланысты, яғни әртүрлі ластануынан да, тапталуынан да, құрғақшылықтан да  болуы мүмкін.

      Биоиндикация  тура және жанама түрлері де бар.  Тура биоиндикация орта факторлары бірден-бір биологиялық объектігі тікелей әсер етеді. Темекі жапырағында түзілетін күміс дақтар озонның тікелей әсері салдарынан. Жанама биоиндикация орта факторларының басқа өзгерген түрлері биологиялық объектіге әсер етуі. Шалғынға бір ғана гербицидті қолдану өсімдік жамылғысында астық тұқымдастарын азайтады, әртүрлі шөптесін өсімдіктерін көбейтеді. Бұндай өсімдік жамылғысының өзгерісі шегіртке және шіркейлерді азайтады. Осы екі топ жәндіктердің азаюы гербицидтің әсері бұл - тікелей биоиндикация. 

    Сәйкесінше, тіршілік әрекеті қоршаған ортаның белгілі-бір факторларымен тығыз корреляцияда болғандықтан, сол ортаның жағдайын бағалауға мүмкіндік беретін организмдер немесе организмдер қауымдастықтары биоиндикаторлар деп аталады. Осы биоиндикаторлар көмегімен жүргізілетін мониторинг (яғни, ортаның өзгеруін, ағзалардың күйі мен жүріс-тұрысына қарап пішіп-кеседі)-биологиялық мониторинг.

     Сонымен биоиндикация-тірі  обьектілер арқылы қоршаған ортаны  бағалау. Тірі объектілер-бұл клетка, организм, популяция, бірлестік. Олардың көмегімен абиотикалық (температура, ылғалдылық, қышқылдылығы, тұздылығы, поллютанттық құрамды) және биотикалық (организмдерге, популяцияларға және бірлестіктерге қолайлығы) факторларға баға беруге болады.      

Биоиндикаторлар-орта жағдайын бағалауда қолданылатын биологиялық объекті (клетка және биологиялық макромолекуладан бастап, экосистем және биосфераға дейін). Биоиндикаторларды таңдау критерийлері:

      Тез жауап, дәйектілігі, қарапайымдылығы, мониторингтік мүмкіндік.

   Биоиндикаторлардың  түрлері:

1. Сезімталдылығы (сенситивті). Көрсеткіштердің шамадан ауытқуын тез сезеді. Мысалы, жануарлардың мінез-құлқында ауытқушылық байқалады, зиянды факторлардың әсерінен клеткалардың физиологиялық реакцияларын бірден көруге болады.

2. Аккумулятивтілігі (сіңіргіштігі). Тірі организмдерде өзгеріс байқалмайды, бірақ қоршаған ортаның әсерлерін организм өзіне сіңіре береді. Мысалы, орман ластануының алғашқы этаптары немесе тапталуы. Белгілі бір мезгілде сирек кездесетін түрлер жойылып, жаңа формалар орнын басады, организмдердің жалпы саны өзгереді. Ормандағы бірлестіктер биоиндикатор ретінде қоршаған ортаның бұзылуын бірден сезбейді. Биоиндикаторларды екі қасиеттері бойынша сипаттауға болады арнайы және сезімталдылық. Биоиндикаторлар әртүрлі факторларға жауап қайтарады. Сезімталдылығы төмен биоиндикаторлар нормадан  күшті ауытқушылықты ғана жауап қайтарады.

       Табиғатты  қорғау мәселесі ұлғайған  сайын, биоиндикация ғылымына халықаралық деңгейде көп көңіл аударыла бастады. Қоршаған ортаны қорғау және мониторинг жүйесінің биоиндикациялық бағытындағы жұмыстарды жетілдіру мақсатымен 1982 жылы Оттава қаласында биология ғылымдары халықаралық кеңесінің 21 ассамблеясы өтті. Онда “биоиндикаторлар” бағдарламасы қабылданды. Бұл бағдарламаның басты принциптеріне зерттеу әдістерінің стандарттарын жасау, аймақтық және ұлттық экологиялық мәселелерді шешу, биоиндикация саласында мамандар дайындау жүйесін қалыптастыру, қоршаған ортаның мониторингінде биоиндикациялық зерттеулерді кеңейту жатады.

      Судың құрамын анықтаудың көптеген физико-химиялық жолдары бар және арнайы құралдар қолданылады. Бірақ бұл әдістер ұзақ уақыт алады, қымбатқа түседі. Біздің жұмысыздың мақсаты биоиндикация әдісі арқылы суқоймасының суының сапасына баға беру. Биоиндикациялық әдіс судың тазалық деңгейін онда мекендейтін гидробионттардың көмегімен анықтау.

    Белгілі бір табиғи жағдайдың көрсеткіші ретінде тірі организмдерді қолдану мүмкіндігін Ерте Римде және Грецияда зертеушілер өз қолжазбаларында жазған. М.В.Ломоносов және А.Н.Радищевтардың еңбектерінде жер асты суын, табиғи жыныстарды, топырақтардың ерекшеліктерін көрсететін өсімдіктер туралы жазылған.

      Су сапасының бұзылып, ластануды үш топқа бөлуге болады:

1. Жұқпалы аурулардан қауіп-қатер
2. Улы заттардан
3. Эвтрофикация.

      Жұқпалы аурулардан қауіп-қатер ағын сулардағы патогенді микроорганизмдерден туындайды. Бұл ішек таяқшасы бактериялары адамның тоқ ішегінде көп мөлшерде тіршілік етеді және сыртқы ортада болмайды. Ішек таяқшасы бактериясы адамға қажет, бірақ егер ол сыртқы ортада жүрсе, онда ағым сулардың тазартылмағандығын көрсететін индикатор.

     Қазіргі көзқарас бойынша, биоиндикатор- табиғи процесстер жағдайлары немесе тіршілік ортасының антропогенді өзгеруінің көрсеткіші болатын организмдер, олардың ортада кездесуі, саны мен даму ерекшеліктері.    

     Биоиндикация- биоиндикатор организмдерінің даму  ерекшеліктері, кездесу немесе мүлде  болмау факторына қарап  қоршаған орта жағдайларына баға беру әдісі. Биоиндикаторлар көмегімен анықталынатын жағдайлар- биоиндикация объектісі деп аталынады. Мұндай объект ретінде табиғи объктілердің белгілі типтері (топырақ, су, ауа) мен осы объектілердің әр түрлі қасиеттері (механикалық, химиялық құрамы), қоршаған ортада жүріп жатқан белгілі бір процестер (эрозия, дефляция, батпақтану т.б.) мен адам әрекетінің әсер нәтижелері де алынуы мүмкін. Биоиндикаторлар таңдайда атақты американдық эколог Ю.Одум келесі жағдайларды ескеруді ұсынды:

- Қауымдастықта сирек  таралатын сенотипті түрлер (белгілі  бір жағдайларда ғана тіршілік  етуге бейімделген организмдер) эвритиптерге (кең таралған, экологиялық төзімділік диапазоны кең организмдер) қарағанда көбінесе жақсы индикатор болып саналады.

- Майдаларға қарағанда  ірілеу түрлерін биоиндикатор  ретінде таңдаған жөн, себебі  майда организмдерінің биоценоздағы айналым жылдамдығы жоғары болып келеді және зерттеу кезінде сынауға алынған обьектіге түсіп кету қауіптілігі бар (ұзақ периодты бақылаулар жүргізу кезінде).

- Индикатор ретінде алынатын  түрді (немесе түр тобын) таңдауда  эксперименталды немесе далалы жағдайларда алынған түрдің толеранттылығы, түрге әсер етуші факторлар, бұл факторлардың шектеуші (лимиттеуші) мәні, организмнің компенациялау реакциялары сияқты мәліметтер болуы тиіс.

- Әр түрлі  түрлердің (популяция, қауымдастық) сандық қатынасы- бір түрдің санына қарағанда көрнекті және сенімді индикатор болады (бір бөлігіне қарағанда бүтіні- жағдайдың жалпы көлемін көрсетеді).

    Биоиндикациялық  зерттеулер екі деңгейге бөлінеді: түрлік және биоценотикалық. Түрлік  деңгейге организм, оның кездесу  жиелігі, анатомо-морфологиялық, физиолого-биохимиялық құрамын зерттеу жатады. Биоценотикалық мониторингте түрлердің алуантүрлілігі, сол қауымдастықтың өнімділігі есепке алынады. Биоиндикацияның әртүрлі түрлері бар. Егер әртүрлі факторлардың нәтижесінде бір реакцияны туындатса, онда ол арнай емес биоиндикация. Егер сол немесе басқа болып жатырған өзгерістер тек бір факторға байланысты болса, онда ол арнай биоиндикация.  

     Биоиндикациялық  әдістің екі түрі бар: тіркеуші  биоиндикация және аккумуляция  бойынша биоиндикация. Тіркеуші биоиндикация түрдің немесе популяцияның жағдайына қарап, ал аккумуляция бойынша биоиндикация өсімдік және жануарлардың құрамында жиналған химиялық заттармен қоршаған орта факторларының әсерін талдауға мүмкіндік береді. Әдістерге сәйкес тіркелуші және жинақтаушы индикаторлар деп бөлінеді. Тіркелуші индикаторлар қоршаған ортаның өзгерістеріне санының өзгерісімен, соматикалық өзгерістердің түзілуімен, өсуінің баяулауымен, т.с.с анық белгілермен жауап береді. Жинақтаушы индикаторлар ластаушы заттарды өздерінің ұлпаларында, денесінің белгілі бір мүшесінде жинақтайды, осы мүшелерді химиялық анализге пайдалана отырып, қоршаған ортаның ластану деңгейін анықтауға мүмкіндік береді.

         Индикатор ретінде шаянтәрізділердің хитинді панцирлері және насекомдардың дернәсілдері, сүтқоректілердің бауыры, бүйрегі, миы, моллюскалардың бақалшағы пайдаланылады. Қоршаған ортаның ластануын анықтайтын құрал соңғы технологияның өнімі болса да, индикатор-организмдерден артық анықтай алмайды. Тірі организмнің кемшілігі көп компонентті қосылыстағы қандай да болмасын заттың концентрациясын анықтай алмайды. Ал физикалық және химиялық  әдіс факторлардың сандық және сапалық мінездеме бере алады. Биоиндикаторлардың көмегімен биологиялық нәтижелер туралы ақпарат алуға және сол фактор туралы жанама қорытынды жасауға болады. Биоиндикаторлар-түрлер, түр топтары немесе қауымдастықтардың дамуы, морфологиялық, құрылымдық-функционалдық, генетикалық өзгерістеріне қарап, судың жайдайына баға беруге болады. Су қоймаларында биоиндикатор ретінде су объектілері-бактерио-, фито-, зоопланктон, зообентос, перифитон жатады.

    Кейбір су организмдері су қоймаларының ластану деңгейін дәлелдейді, мысалы, аз қылтанды құрттар Tubifex, қосқанаттылардың дернәсілдері Chironomus, Eristalis, ал судың тазалығын білдіретін Gammarus туысына жататын бүйіржүзгіштер, Fontinalis туысына жататын балдырлар. Биоиндикаторларды таңдауда эвритипті түрлерге қарағанда стенотипті түрлер, біржылдықтарға қарағанда көпжылдықтар, ұсақтардан ірілер биоценоздарда сенімділеу. Орта факторларының биоценозбен байланысы пайыздық немесе балдық есеппен көрсетуге болады (Викторов, Востокова, Вышивкин, 1962):

1. 10-60% жайдайда қауымдастық биоиндикатор болып табылмайды,

2. 61-75%-күмән туғызатын биоиндикаторлар,

3. 76-90 % қанағатанарлық биоиндикаторлар,

4. 91-99%-шын биоиндикаторлар,

5.100%-абсолютті индикаторлар.

      Биотестілеу-қоршаған  орта факторларының организмге  немесе оның жеке жүйелеріне  әсер етуін бағалау үшін биологиялық  объектілерді (тест-объектілер) қолдану. Жақсы нәтижені бентостық омыртқасыздар көрсетеді. Су қоймаларының тазалығының бағасы таксондардың болуымен немесе жойылуымен жасалыды (Кесте- ).

Индикаторлық таксондар бойынша ластану шкаласы