«Новые кадры» на предприятиях

 

Существует пословица: “Скажи мне, где ты живешь, и я скажу тебе, чем ты болеешь”. Самое дорогое у человека — это его здоровье, которое невозможно купить и которое во многом зависит от экологии окружающей среды.

Естественная окружающая среда, в разнообразии своих проявлений, имеет огромное непосредственное влияние на человека, но и человек влияет на окружающую среду, главным образом, загрязняя ее.

Сегодня во многих странах введены специальные меры для обеспечения охраны окружающей среды; разработаны методики физико-химического анализа выбросов вредных газов и веществ в атмосферу и гидросферу с целью их сокращения.

Но еще в глубокой древности люди стали замечать закономерности взаимодействия животных друг с другом и с окружающей их природной средой. Но в те времена даже биология не являлась отдельной наукой, а только одной из составляющих философии. [12]

В современном мире все больше внимания уделяют возможностям биомониторинга. Изучать окружающую среду с помощью животных организмов сегодня стараются во всем мире.

Впрочем, в некоторых промышленных предприятиях нашей страны «новые кадры» уже состоят на экологической службе — следят за чистотой. Животные реагируют на изменения внешней окружающей среды, являясь живыми тестерами загрязнений

Меня заинтересовали эти «новые кадры», которые предприятия «зачисляют» к себе на работу.

Поэтому, я решил выяснить, какие животные являются индикаторами токсичности окружающей среды и как влияют изменения внешних условий на них.

Гипотеза: можно ли «кадры» с предприятий «переманить» в свою домашнюю «лабораторию биомониторинга», чтобы наблюдать за загрязнением среды вокруг себя.

Перед собой поставил следующие задачи:

1.      Изучить, литературу о разработках систем биомониторинга, о существующих методах экологического контроля.
2.      Выяснить, как изменяются особенности развития и поведения у животных на загрязняющие факторы.
3.      Узнать, как с помощью животных-индикаторов можно выявить токсичность среды на предприятиях.
4.      Провести экспериментально биотестирование воды и атмосферного воздуха на токсичность
5.      Сделать выводы по результатам исследования

Для решения поставленных задач применил следующие методы исследования: анализ научной литературы; изучение СМИ, информация в сети интернет; консультация — собеседование с экологами; проведение эксперимента; моделирование условий; наблюдение; фиксация отдельных физиологических проявлений.

Часть 1

В рамках экологического проекта «Малая академия наук» я соприкоснулся с хрупким миром природы, осознал свою причастность и личную ответственность за его сохранение.

Через встречи с кандидатами биологических наук, я понял какую роль играют в нашей жизни животные, которые могут своим поведением показать изменения в окружающей среды.

Из литературы узнал, что главными источниками загрязнений окружающей среды в России являются большие промышленные предприятия, тепловые и атомные электростанции, автомобильный транспорт. [1]

Я выяснил, что в настоящее время при оценке состояния окружающей среды ведущая роль отводится физическим и химическим методам экологического контроля. Однако существующие системы нормативов не обеспечивают экологическую безопасность, т. к. не имеют возможности оценки токсичности. Вот для этого и стали разрабатывать биологический метод контроля, благодаря которому на предприятиях появились «новые кадры». [5]

Так, согласно газете «Комсомольская правда»: «моллюски беззубки «трудятся» сразу на четырех столичных водозаборах. Беззубки очень чувствительны к чистоте воды. При малейшем загрязнении у них резко учащается сердцебиение. На раковину моллюсков прикрепляют присоски. В чистой воде сердце беззубок бьется с частотой всего 6–8 ударов в минуту. Но как только появляются вредные примеси, пульс подскакивает в два, а то и в три раза.

Этот вид биомониторинга разработали ученые Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН». [8]

На странице интернет — портала DA-VODA, я узнал, что на «Водоканале Санкт- Петербурга» существует целая система биомониторинга качества воды и воздуха. [13]

Для получения более подробной информации о разработках ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга было решено связаться по телефону с главный технологом филиала «Инженерно-инновационный центр» Водоканала Ольгой Рублевской.

Так из беседы, я узнал, что на всех водопроводных станциях города «работают» узкопалые невские раки. Их главная задача — следить за уровнем токсичности источника питьевого водоснабжения Санкт-Петербурга — невской воды.

Новые «сотрудники» появились и на очистных сооружениях петербургского Водоканала. Шесть австралийских краснопалых раков живут в аквариумах, через которые проходит очищенная сточная вода. По самочувствию и сердцебиению животных ученые и технологи следят за качеством очищенной воды перед тем, как ее выпустить в Невскую губу.

Если качество воды ухудшится, чувствительный рак это ощутит сразу — ученые заметят не только изменения в его поведении, но и получат сигнал от специального оптоволоконного датчика, прикрепленного к панцирю. Датчик в режиме реального времени снимает показания сердечной активности животного. Если одновременно у всех шести раков сердечный ритм резко повысится в 1,5–2 раза, загорится красный сигнал системы «светофор» в диспетчерской.

Так же, я узнал, что на очистных сооружениях водоканала «приступили к работе» гигантские африканские улитки (брюхоногие моллюски Ahatina). Задача улиток — «следить» за состоянием воздуха в районе завода по сжиганию осадка сточных вод на Юго-Западных очистных сооружениях. Улитки дышат воздухом с примесью дыма, выходящего из трубы завода. К их раковинам прикреплены оптоволоконные датчики сердцебиения и поведения (двигательной активности), благодаря которым с помощью специального программного обеспечения система в автоматическом режиме оценивает функциональное состояние животных, то есть их «самочувствие». Наблюдение за сердцебиением ведется при помощи фотоплетизмограммы, т. е. оптическим способом наблюдается динамика рассеяния света, которая меняется в такт с биением сердца. [14]

Изучая, электронные средства массовой информация, я узнал, что и в нашем регионе на предприятии «Транснефть-Порт Козьмино», «в штате» состоят «новые сотрудники»- животные индикаторы, осуществляющие проверку токсичности морской воды. [9]

Из беседы с экологами нефтеналивного терминала «Транснефть-Порт Козьмино», Еленой Костиной и Екатериной Уколовой, я выяснил, в последние годы методы биотестирования стали активно применяться при оценке качества морской среды. В первую очередь это связано с масштабным освоением нефтеуглеводородных ресурсов и их возросшей транспортировкой.

Специалисты компании «Транснефть» рассказали, что ими создан полигон для выращивания морских гребешков, на котором осуществляется мониторинг окружающей среды. Почему именно гребешки? Дело в том, что эти двустворчатые моллюски для питания отфильтровывают большое количество воды. В зависимости от возраста и размеров моллюск пропускает через себя от 3 до 25 литров в час, и все вещества, находящиеся в воде, накапливаются в его тканях. Взяв на анализ эти ткани, можно определить степень чистоты водной среды, содержание нефтепродуктов. Иными словами, морской гребешок «работает» на предприятии живым индикатором экологического состояния порта Козьмино

Так же из беседы я узнал, что у некоторых видов животных изменяются особенности развития и поведения (скорость роста, процесс размножения, и др.) в ответ на разные факторы, у других изменяется активность обмена веществ (интенсивность работы сердца), третьи — способны накапливать загрязняющее вещество в своем теле, поскольку в процессе жизнедеятельности отфильтровывают большое количество воды.

Так, живые организмы постоянно присутствуют в окружающей человека среде и реагируют на кратковременные и залповые выбросы загрязняющих веществ, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб на анализы.

Изучив литературу и получив информацию от специалистов предприятий, выяснил:

1. Ведущая роль для оценки состояния окружающей среды отводится физико — химическими методам, а также биомониторингу.
2. На очистительных и водопроводных станциях, на предприятиях, осуществляющих выбросы в атмосферу, а также в морских акваториях с нефтеналивными терминалами «заключают трудовой договор» с «новыми сотрудниками» для биомониторинга экологической безопасности.
3. Биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, а значит и для человека.
4. Биологический мониторинг обходится намного дешевле химического.
5. Живые тестеры загрязнений сейчас изучаются во многих институтах России. Когда методики будут окончательно оформлены, их запатентуют и станут повсеместно использовать и на станциях водоочистки и в лабораториях экологического мониторинга воздуха и почв.

Часть 2

Для того, чтобы доказать, что «кадры» с предприятий могут «работать» в домашних условиях, я решил произвести экспериментальное биотестирование путем регистрации изменения биологически значимых показателей (фиксации частоты сердцебиения и двигательной активности), при воздействии на тест-объект (животное — индикатор) посредством имитации возможных путей поступления вредного вещества в организм (с загрязненной водой или воздухом). Фиксация сердцебиения будет вестись при помощи программы Cardiograph (examobile), установленной на смартфон iPhone 5s, которая основана на методе фотоплетизмограммы, т. е. оптическим способом наблюдается динамика рассеяния света, которая меняется в такт с биением сердца.

Первой тестируемой средой являлась пресная водопроводная вода, тест — объектом в которой стала группа длиннопалых раков. 12 особей раков разделили на 4 группы, создали оптимальные условия: водопроводная вода, t 17–21 ⁰C, рН 7,5. Далее, поочередно, в воду трех групп добавил загрязняющий фактор, воду в четвертой группе оставил чистой, и произвел фиксацию частоты сердечных сокращений у каждого рака (Таблица 1).

 

Таблица 1

Таблица фиксации частоты сердцебиения и двигательной активности длиннопалых раков

Результат эксперимента показал, что у раков в загрязненной водой резко повысилась частота сердечных сокращений более чем 60 %, а двигательная активность замедлилась, большинство особей замерло (Таблица 2).

 

Таблица 2

Таблица анализа частоты сердцебиения длиннопалых раков

 

Следующей тестируемой средой стала морская прибрежная вода бухты Врангель, тест — объект- две особи Приморского гребешка. Данный вид двустворчатого моллюска обитает в Японском море, в том числе в акватории бухты Врангель. Создали оптимальные условия: содержание в морской воде, t 10 ⁰C. Рассадили моллюсков по разным емкостям. Провести фиксацию увеличения кардиоритма не получилось, вероятно, из-за толщины створки раковины, не пропускающей световой луч. Двигательная активность- наблюдалось полное захлопывание створок раковины у моллюска с загрязненной средой. Результат показал, что гребешок на время загрязнения прекратил питание и дыхание (Таблица 3).

 

Таблица 3

Таблица фиксации и двигательной активности Приморского гребешка

 

Данная модель поведения, изменившаяся под действием токсиканта, позволила ему пережить кратковременное загрязнение, более длительное воздействие заведомо приводит, к изменению выживаемости вида.

Последней тестируемой средой стал атмосферный воздух, тест — объектом являются 5 гигантских улиток Ахатин (сухопутный брюхоногие моллюски Ahatina из подкласса лёгочных улиток). Разделили улиток на две группы: три улитки получали воздух с загрязняющими выбросами, а две улитки дышали обычным воздухом в доме. Далее, произвел фиксацию частоты сердечных сокращений у каждой улитки. Результат эксперимента показал, что у улиток, дышавших загрязненным воздухом, резко повысилась частота сердечных сокращений более чем в 2 раза, а двигательная активность замедлилась, спрятались в раковину. (Таблица 4)

 

Таблица 4

Таблица фиксации частоты сердцебиения и двигательной активности гигантских улиток Ахатин

 

Итак, проводя эксперимент в домашних условиях, я смог увидеть изменения биологически значимых показателей (частоты сердцебиения и двигательной активности), при воздействии на тест-объект (рак, улитка, гребешок) искусственным загрязнением вредными веществами сред обитания. Все испытуемые среагировали на токсичность окружающей среды (рис. 1).

Рис. 1. Сравнительный анализ усредненных показателей (по группам) ритма сердца длиннопалых раков при изменении токсичности среды обитания

 

А это значит, моя гипотеза подтвердилась, «кадры с предприятий» могут «работать» в домашних условиях. И теперь я с помощью мой «домашней лаборатории биомониторинга» могу наблюдать за загрязнением среды вокруг себя.

Выполнив исследование, могу утверждать, что несмотря на доступность, биоиндикация является достаточно сложным исследованием. Поэтому полученный опыт готов передавать всем, кто к этому проявляет интерес, в том числе и через сайт своей школы.

Заключение

В наше время тема загрязнения среды, экологических проблем выходят на первый план. Хотя еще недавно люди совершенно не задумывались о будущем. Не понимали, что жизнь и процветание нашей планеты и существ, заселяющих её, зависит от многих факторов. Экологическая проблема — самая важная.

Взаимоотношения «человек — природа» всегда должны быть гармоничными, потому что только это обеспечит человеку здоровье и качественное развитие всего общества. Сохранение природы в первозданном виде является отображением культуры каждого человека и общества в целом.

Биотестирование является значительно более оперативным способом оценки качества окружающей среды и может использоваться при проведении экологического контроля как в естественных условиях, так и лабораториях, и в домашних условиях. Этот способ менее дорогостоящ, а методы его проведения и результаты более доступы для понимания неспециалистом.

 

Литература:

 

1.      Афанасьев Ю. А., Фомин С. А., Меньшиков В. В. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб. пособие в 2 частях: Часть 2. Специальная / Ю. А. Афанасьев, С. А. Фомин, В. В. Меньшиков и др. — М.: Издано МНЭПУ, 2001–337 с.
2.      Ашихмина Т. Я., Домрачева Л. И., Кондакова Л. В. Биоиндикация и биотестирование — методы познания экологического состояния окружающей среды / Т. Я. Ашихмина, Л. И. Домрачева, Л. В. Кондакова и др. — Киров: ГПУ, 2005.-52с.
3.      Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. вузов, обучающихся по направлению подготовки «Биология» и биол. спец./ под ред. О. П. Мелеховой, Е. И. Сарапульцевой.-2-е изд., испр.- М.: Академия, 2008. — 288 с.
4.      Бубнов А. Г., Буймова С. А., Гущин А. А. Биотестовый анализ — интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды: учебно-методическое пособие / А. Г. Бубнов, С. А. Буймова, А. А. Гущин и др.; под общ. ред. В. И. Гриневича; ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2007. — 112 с.
5.      Романова Е. М. Биоиндикация и антропогенные стрессоры: курс лекций по Экология / д.б.н. Е. М. Романова.- Ульяновск: Ульяновская ГСХА им. П. А. Столыпина, 2014. — 135с.
6.      Экологический мониторинг: Учебно-методи ческое пособие. Изд. 3-е, испр. и доп. / Под ред. Т. Я. Ашихминой. — М.: Академический Проект, 2006. —416 с.
7.      Статья — «Биомониторинг окружающей среды — метод будущего» режим доступа: http://www.arhnet.info/story-2012-biomonitoring-okruzhajushhjej-srjedy--mjetod-budushhjego

8.        Статья — «За чистотой Москвы следят сердца моллюсков»/ О. Синицкая газета " Комсомольская правда» режим доступа: http://m.msk.kp.ru/daily/25878.4/2841182/

9.        Статья — «Гребешок на страже чистоты» / Е. Савина " «Российская газета» — Спецвыпуск «Транспорт нефти» № 6643 (72) режим доступа: http://www.rg.ru/2015/04/07/proekt2.html

10. Интернет-ресурс: Экосистема / режим доступа: http://www.ecosystema.ru
11. Интернет-ресурс: Википедия / режим доступа http://www.wikipedia.ru
12. Интернет-ресурс: Окружающая среда / режим доступа: http://www.okruzhayushchaya-sreda.ru
13. Интернет-ресурс: Da voda / режим доступа: http://www.da-voda.com

14.    Интернет-ресурс: ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» / режим доступа: http://www.vodokanal.spb.ru