Лишайники, как биоиндикоторы окружающей среды

Биоиндикация

Биоиндикация — оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по состоянию биоты в природных условиях. Для учёта изменения среды под действием антропогенного фактора составляются списки индикаторных организмов — биоиндикаторов. Биоиндикаторы — виды, группы видов или сообщества, по наличию, степени развития, изменению морфологических, структурно-функциональных, генетических характеристик которых судят о качестве воды и состоянии экосистем. В качестве биоиндикаторов часто выступают лишайники, в водных объектах — сообщества бактерио-, фито-, зоопланктона, зообентоса, перифитона.

Не только видимые невооруженным глазом живые существа, но и микроскопические могут предупредить о надвигающейся опасности загрязнения. Основываясь на микроскопических анализах активного ила, технологии по организмам-индикаторам не только могут определять, хорошо ли идет очистка сточных вод, но и сказать, где нарушен технологический процесс, нехватку кислорода, где поступают слишком токсичные сточные воды, недостачу органических веществ для микроорганизмов.

Наконец, с помощьюорганизмов можно определять концентрации вредных веществ, оказываемых отрицательное действие на их жизнедеятельность. Так, можно установить нормы, превышение которых может нарушить взаимосвязи, сложившиеся во всем живом сообществе.

В систему индикаторных организмов включают самые разнообразные группы. Это и мокрицы, и дождевые черви, и даже почвенные простейшие. Экологи так же изучают на этот предмет даже и крупных позвоночных животных. Так же качестве индикаторов можно использовать мелких грызунов(полевок, лесных мышей).

Основным и отличительным преимуществом этого метода является его быстрота и простота т.е. это экспресс-метод, который позволяет определить качество воды за несколько минут с помощью одного микроскопа и без каких-либо реагентов. Он может применятся для исследования воды в любой лаборатории. В частности он применяется в Институте природопользования в нашем городе.

Во всех пресноводных водоемах встречаются виды-космополиты, способные жить при определенном загрязнении. Это позволило создать шкалу сапробности [ сапробность-комплекс физиолого-биохимических свойств организма, обусловливающий его способность обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ], то есть с той или иной степенью загрязненности отдельных водоемов или ох зон органическими веществами, в которых способны жить определенные организмы. Загрязнение вод по шкале сапробности подразделяется на 4 зоны: поли-, альфа-мезо, бэта-мезо и слигоспробную.

 

Табл. Показатели сапрбности водной среды.

Гидрохими ческие показатели	Чистые воды	Загрязненные воды	Грязные воды
Классы сапробности
Ксеносап робность	Олигасопро бность	Бетасапроб ность	Альфасапроб ность	Полисапроб ность	Гиперсапроб ность
Кислогод, насыщения	95-100	80-100	60-125	30-150	0-200
Прозрачность воды,м.				0,5	0,1	<0.5
БМК, кислорода мг/л	0-0,5	0,6-1	1,1-2	2,1-3	3,1-10	>10
ПАВ, мг/л	0,7-10	7,1-20	10,1-40	20,1-80	40,1	>80
Азот амония, мг/л	0-0,05	0,06-0,1	0,11-0,5	0,51-1	1,01-3	>3
Азот нитратов, мг/л	0,05-5	5,1-10	10,1-40	40,1-80	80,1-150	>150
Азот нитритов, мг/л	0-0,001	0,002-0,04	0,05-0,08	0,09-1,5	1,6-3	>3
Фосфаты, мг/л	До 0,005	0,006-0,03	0,04-0,1	0,11-0,3	0,31-0,6	>0.6
Сероводород, мг/л					До 0,1	>0.1

 

 

Зона Полисапробной воды-это самая грязная вода, отвратительно пахнущая вода.

Зона Альфа-мезосапробной воды –это загрязненная вода в которой еще присутсвует жизнь.

Зона Бэта-мезосапрбной воды – это вода самая распространенная, так как встречается практически везде, не является питьевой.

Зона Олигосапробной воды – это самая чистая вода, бактерий мало и разновидность животных и раститений очень большая.

 

Лишайники, как биоиндикоторы окружающей среды

Уровень загрязнения окружающей среды наиболее точно определяется по состоянию и видовому разнообразию низших растений – мхов и лишайников. Разумеется, чтобы определить, что перед Вами, например, пармелия бороздчатая или фисция звездчатая, Вы не сумеете – для этого даже ученому потребуются книги, специальные инструменты, сравнение с образцом. Но для определения количества видов вовсе не требуется знать их названия. Оказавшись далеко от города, в лесу, обратите внимание – лишайник свисает с деревьев «бородой», оплетает ветви, серые пластины покрыли кору деревьев. Если это так – Вы в экологически чистой зоне. Пригладитесь к городским деревьям – лишайники на них есть, даже в центре крупных мегаполисов. Но это совсем крошечные сероватые нашлепки на коре, которые и разглядеть-то можно с трудом, либо и вовсе тонкая зеленая корочка – накипной лишайник, вероятнее всего, сколициоспорум. Это значит – воздух сильно загрязнен.

 

Сине-зеленые водоросли

В названии отдела (от греч. cyanos– синий) отражена характерная особенность этих водорослей – окраска таллома, связанная с относительно высоким содержанием синего пигмента фикоцианина. Цианофиты обычно имеют специфический сине-зеленый цвет. Однако их окраска может сильно варьировать в зависимости от комбинации пигментов – быть почти зеленой, оливковой, желтовато-зеленой, красной и др. В последние годы для синезеленых водорослей все чаще используют другое название – "цианобактерии". Это название лучше отражает две важнейшие характерные черты этих организмов – прокариотическую природу клеток и тесную связь с эубактериями. С другой стороны, традиционное название указывает на такие черты, как способность к оксигенному фотосинтезу и сходство между структурой синезеленых водорослей и структурой хлоропластов эукариот.

Известно около 2 тысяч видов цианофит, широко распространенных в морских и пресных водах и в наземных местообитаниях.

Клетка синезеленых водорослей прокариотная. Она состоит из клеточных покровов (клеточной стенки) и внутреннего содержимого – протопласта, к которому относятся плазмалемма и цитоплазма с различными структурами: фотосинтетический аппарат, ядерный эквивалент, рибосомы, гранулы и др. (рис. 12).

У синезеленых водорослей отсутствуют органоиды, окруженные мембранами: ядро, хлоропласты и т.д., а также немембранные структуры: микротрубочки, центриоли, микрофиламенты.

Наиболее характерными чертами строения клетки синезеленых водорослей являются:

1. Отсутствие типичных ядер, окруженных ядерными мембранами; ДНК лежит в центре клетки свободно.

2. Локализация фотосинтетических пигментов в тилакоидах при отсутствии хлоропластов; тилакоиды содержат хлорофилл а.

3. Маскировка зеленых хлорофиллов красным – фикоэритрином и синими пигментами – фикоцианином и аллофикоцианином.

4. ДНК расположена в фибриллярно-зернистой нуклеоплазматической области, не окружена мембраной.

Строение клетки синезеленых водорослей (по:C.Hoekvandenetal., 1995):A – Синехоцистис; Б – Прохлорон; В – Псевдоанабена; 1 – клеточная стенка; 2 – плазмалемма; 3 – тилакоид; 4 – фикобилисома; 5 – газовые везикулы; 6 – карбоксисома; 7 – фибриллы ДНК; 8 – цианофициновая гранула; 9 – рибосомы; 10 – полисахаридный чехол; 11 – стопка тилакоидов; 12 – раздутый тилакоид; 13 – поры; 14 – гранулы цианофицинового крахмала; 15 – липидная капля; 16 – поперечная перегородка; 17 – молодая поперечная перегородка; 18 – впячивание плазмалеммы

 

Общая характеристика

 

Для одноклеточных синезеленых водорослей характеренкоккоидныйтип строения тела. У многоклеточных индивидов встречается нитчатая (трихомальная), реже разнонитчатая (гетеротрихальная) форма строения таллома. Очень редко наблюдается определенная тенденция к пластинчатому или объемному расположению клеток. В нитевидных колониях плазматическая взаимосвязь между клетками отсутствует.

Они могут быть прикрепленными или неприкрепленными к субстрату, неподвижными или способными к скользящему движению. Однако жгутики и реснички никогда не образуются. На движение цианофит различным образом влияет освещение. Во-первых, свет определяет направления движения. Движение по направлению к источнику света называется "положительным фототаксисом", в обратном направлении – "отрицательным фототаксисом". Во-вторых, интенсивность света изменяет скорость движения – "фотокинез". В-третьих, резкое увеличение или уменьшение интенсивности света быстро изменяет направление движения – "фотофобия".

Клетки синезеленых водорослей по форме чаще всего шаровидные, бочонковидные или эллипсоидные, реже вытянутые до цилиндрических и веретеновидных, прямые или согнутые. Иногда клетки грушевидной формы. У прикрепленных одноклеточных индивидов, и иногда и у одноклеточных цианоидов, нередко наблюдается гетерополярность клеток. При этом образуются слизистые ножки и диски, которыми они прикрепляются к субстрату.

Индивиды очень часто образуют разнообразные соединения – колонии индивидов, иногда занимающие большие пространства, и продуцируют значительное количество слизи, нередко заметно влияющей на форму и общий облик колоний.

Особи Cyanophyta обычно микроскопические, но колониальные индивиды у ряда видов могут измеряться сантиметрами.

Основными пигментами синезеленых водорослей являются хлорофилл а, каротиноиды (каротин, ксантофилл) и фикобилипротеиды (аллофикоцианин, фикоцианин, фикоэритрин). Последние встречаются в виде специальных структур – фикобилисом, которые располагаются на поверхности тилакоидов.

Синезеленые водоросли способны к различным видам фотосинтеза: оксигенному и аноксигенному. Оксигенный фотосинтез – это процесс фиксации углекислого газа с использованием воды в качестве донора электронов, сопровождающийся выделением кислорода. Протекает в аэробных условиях. Аноксигенный фотосинтез – процесс фиксации углекислого газа с использованием сероводорода или сульфида в качестве донора электронов, сопровождающийся выделением серы. Происходит в анаэробных условиях. В гипергалинных озерах Израиля, где зимой создаются сильно анаэробные условия, использование комбинации оксигенного и аноксигенного фотосинтеза позволяет водоросли рода Осциллатория доминировать в озере круглогодично. В бескислородных условиях в песках приливо-отливной зоны морей происходит фотосинтез с выделением серы или тиосульфата. Многие цианофиты на свету в анаэробных условиях могут фиксировать углекислый газ, используя водород, однако этот процесс идет с низкой скоростью и быстро прекращается.

"Цветение" воды. Под "цветением" воды понимают интенсивное развитие водорослей в толще воды, в результате чего она приобретает различную окраску, в зависимости от окраски и численности организмов, вызывающих "цветение". Массовому развитию водорослей вплоть до "цветения" воды способствует увеличение евтрофирования водоемов, которое происходит как под влиянием природных факторов (за тысячи и десятки тысяч лет), так и в значительно большей степени под влиянием антропогенных факторов (за годы, десятки лет). "Цветение" воды наблюдается как в континентальных водоемах (пресных, солоноватых и соленых), так и в морях и океанах (в основном, в прибрежных районах). Красное море получило свое название из-за обильного развития в нем синезеленой водоросли Oscillatoriaerythraea. Лужеобразные пресные водоемы Средней Европы нередко окрашиваются в красный цвет Haematococcuspluvialis. Из пресноводных водоемов в первую очередь подвержены "цветению" большие равнинные реки и их водохранилища, а также пруды различного назначения, озера, водоемы-охладители.

Умеренная вегетация цианофит положительно влияет на экосистему водоема. При значительном увеличении биомассы водорослей (до 500 г/м3 и выше), начинает проявляться биологическое загрязнение, вследствие чего значительно ухудшается качество воды. В частности, изменяется ее цветность, рН, вязкость, снижается прозрачность, меняется спектральный состав проникающей в водную толщу солнечной радиации в результате рассеивания и поглощения водорослями световых лучей. В воде появляются токсические соединения и большое количество органических веществ, служащих питательной средой для бактерий, в том числе и патогенных. Вода обычно приобретает затхлый неприятный запах. Возникает гипоксия, или дефицит растворенного кислорода; он расходуется на дыхание водорослей и разложение отмершей органики. Гипоксия приводит к летним заморам гидробионтов и замедляет процессы самоочищения и минерализации органики.

 

Среди цианофит есть патогенные виды (около 30), вызывающие заболевания и гибель рифовых кораллов, при "цветении" воды могут отмечаться заболевания домашних животных и человека, массовая гибель гидробионтов, водоплавающей птицы и домашних животных особенно в жаркие летние месяцы. Отравления людей встречаются значительно реже. Наибольшему риску подвергаются дети и люди с заболеваниями печени и почек. По способу действия токсины цианобактерий разделяют на 4 группы: гепатотоксины, нейротоксины, цитотоксины и дерматотоксины. Они вызывают пищевые интоксикации, аллергии, коньюктивит, поражения центральной нервной системы и т.д. По своему действию цианотоксины в несколько раз превосходят такие яды, как кураре и ботулин. Профилактика чистоты водоемов заключается в недопущении скопления водорослей вблизи водозаборов и мест отдыха или водопоя домашних животных.

 

Общая характеристика рыб

Строение тела каждой рыбы имеет много своих особенностей. У многих из них оно веретенообразной обтекаемой формы(голавля, ельца, жереха). Эти рыбки предусмотрены для большого течения, т.к. они очень хорошие плавцы. На медленном течении или в стоячей воде обитают рыбы с плоским высоким телом(лещ, карась). В скорости передвижения они уступают первым, но отличаются хорошей поворотливостью.

Строение у хищников тоже имеет ряд своих особенностей, таких как широкая пасть, развитые челюсти, у некоторых видов частыми и острыми зубами. Также отличие есть, связанное с размещением рта (верхний рот – верховка, уклей, нижний рот - лещ). Размещение рта связанно с возможностью питания рыб.

Тело большинства рыб покрыто чешуей, которая располагается правильными рядами. У некоторых рыб она сидит очень прочно, например, у окуневых пород. А, например, у карповых чешуя наоборот сидит очень даже не прочно. Также у каждого вида рыб и количество рядов чешуи разное. Например, у леща 49—59 чешуек, у судака около 75—100, у язя где-то 44—61. А также по чередованию концентрических гребней, имеющиеся на поверхности чешуи, которые называются склеритами можно определить возраст рыбы.

Поверхность рыб покрыта слизью, которая предохраняет их от воздействия механических взвесей, бактерий и т.п., а также помогает как смазка при скольжении рыбе в воде.

Мясо рыбы по составу очень похоже на мясо теплокровных животных, в нем много витаминов и минеральных веществ. Различают также жирные породы рыб (сельдь, угорь, осетровые и т.д.), среднежирные (сазан, лещ) и тощие (щука, судак, окунь).

Температура тела рыбы зависит от окружающей среды и, как правило, на несколько градусов выше ее. Резкие перепады температуры окружающей среды очень пагубно может влиять на обитателей водоемов, и не редко вызывают их гибель.

На рыбе вы можете увидеть боковую линию, которая тянется о головы до хвоста в виде изгибающихся пунктирных линий, в которых есть отверстия, ведущие к каналу со слизью. Боковая линия рыбы позволяет чувствовать приближение врага и определять расстояние между собой в стаях.

Органы суха у рыб высокочастотные и они также воспринимают колебания воды.

Зрение у рыб не превышает 10-12 метров в прозрачной воде. Глаза у рыб всегда открыты, так как век они не имеют. Зато поле зрения у них очень обширное: по горизонтали глаз охватывает угол в 160—170 градусов, по вертикали около 150. Рыбы в состоянии также различать цвета.Стоит заметить, что у рыб в ротовой полости отсутствуют железы, выделяющие слюну, язык. Зубы по мере снашивания меняются. У некоторых видов рыб отсутствует желудок, и процесс переваривания у них проходит в кишечнике, скорость которого зависит от времени года, корма, возраста рыб. Например, хищники переваривают пищу несколько дней, вот почему мирные рыбы чаше клют вашу наживку.

Дышат рыбы, пропуская воду через рот в жаберную полость. Вода, которая омывает жабры, отдает кислород гемоглобину крови и уносит кислоту. Если рыбу вытащить из воды, то ее жаберные лепестки слипаются и не воспринимают кислород таким путем.

Размножение у рыб происходит путем икрометания, которое оплодотворяется молоками самцов. Причем половое созревание у рыб происходит в разном возрасте(щука созревает к 2-3 годам; лещ к 5-7 годам). Наибольшей плодовитостью отличается налим — более 3 миллионов икринок.

В жизни делят рыб на хищников и мирных, это происходит из-за образа их питания. К хищникам относят щуку, сома, налима. А к мирным – толстолобика, белого амура и.т.д.

В отличие от животных, рыба растет постоянно. Летом более заметно, так как рыба усиленно питается в это время. Зимой же рост замедляется или останавливается вообще.

Скелет рыб

Скелет включает также кости и костные лучи парных и непарных плавников. Скелет непарных плавников состоит из многих удлиненных косточек, укрепленных в толще мускулатуры. Парные плавники имеют скелеты поясов и скелеты свободных конечностей. Скелет грудного пояса неподвижно причленен к скелету головы. Скелет свободной конечности (собственно плавника) включает много мелких и удлиненных косточек. В брюшном поясе – единая кость. Скелет свободного брюшного плавника состоит из многих длинных косточек.

В скелете головы виден небольшой череп, или черепная коробка. Кости черепа защищают головной мозг. Основную же часть скелета головы составляют верхние и нижние челюсти, кости глазниц и жаберного аппарата. В жаберном аппарате хорошо заметны крупные жаберные крышки. Если их приподнять, можно увидеть жаберные дуги – они парные: левые и правые. На жаберных дугах находятся жабры. Мышц в головной части мало, в основном они расположены в области жаберных крышек, челюстей и на затылке.

 

Кровеносная система

Кровеносная система рыб схематично представляет собой замкнутый круг, состоящий из сосудов. Её главным органом служит сердце. Оно двухкамерное: состоит из предсердия и желудочка. Работа сердца обеспечивает циркуляцию крови. Двигаясь по сосудам, кровь осуществляет газообмен, перенос питательных и других веществ в организме.

Кровеносная система рыб включает один круг кровообращения. От сердца кровь поступает в жабры, где обогащается кислородом. Насыщенную кислородом кровь называют артериальной. Она разносится по телу, отдаёт клеткам кислород, насыщается углекислым газом, т. е. становится венозной, и возвращается в сердце. У всех позвоночных сосуды, которые отходят от сердца, – это артерии. Сосуды, которые ведут к сердцу, – это вены.