к.б.н. Т. Евсеева,
н.с. отдела радиоэкологии,
к.с.-х.н. Н. Фролова, с.н.с. отдела радиоэкологии Е. Куприянова, м.н.с. лаборатории беспозвоночных животных Научные интересы: биоиндикация, радиоэкология, генетика, цитология, почвенная зоология
Жизнь, поскольку она представляет собой П. Тейяр де Шарден
В настоящее время, когда антропогенное воздействие на природные процессы стало одним из наиболее значимых экологических факторов, определяющих новые условия существования биологических систем, очевидно, нет необходимости специально обосновывать и доказывать фундаментальность исследований, направленных на поиск критериев и методов оценки критической величины техногенной нагрузки на человека, сообщества растений и животных. Цель нашей статьи — обратить внимание на давно назревшую необходимость организации единой службы биологического мониторинга на территории Российской Федерации. К сожалению, в решении этой важной для охраны окружающей среды задачи мы оказались "позади планеты всей", несмотря на имеющиеся научные разработки в области планирования и проведения биомониторинга, поиска тест-критериев и тест-объектов, адекватно отражающих уровень техногенной нагрузки на экосистемы, а также прогнозирования состояния окружающей среды на основе данных биоиндикации. Многие спросят, чем же не устраивает нас уже отлаженная система оценки качества среды обитания на основе данных химико-аналитического контроля, который проводится в настоящее время во многих регионах России и, в частности, в Республике Коми? Дело в том, что, используя такой подход, мы должны определить содержание многочисленных компонентов загрязняющих веществ в разных природных средах, затем сравнить их концентрации с предельно допустимыми и на этой основе сделать вывод об "опасности" или "безопасности" для биоты и человека комплексного воздействия всех этих факторов. Оказывается, на каждом из указанных этапов нас ожидают проблемы и трудности, не преодолимые с позиций химико-аналитического контроля. Первая проблема состоит в том, что химический анализ позволяет установить концентрации относительно небольшого числа потенциально опасных и уже известных мутагенных и токсичных веществ. Где гарантия, что именно тот компонент, концентрация которого не определена, не оказывает негативное влияние на биологические системы? Зададим теперь риторический вопрос о стоимости самой процедуры химического анализа, для осуществления которой, как минимум, требуется развитая приборная база и наличие квалифицированных специалистов. Даже если мы сможем узнать исключительно много о химическом составе анализируемых субстратов, возникнет необходимость нормирования содержания поллютантов. И эта последняя проблема является наиболее сложной. В Российской Федерации установлены ПДК примерно для 1400 веществ в воде, более чем для 300 веществ в воздухе и 100 в почвах (Брач Б.Я., Копышева И.А., Кочан И.Г. Мониторинг окружающей среды в Республике Коми. Сыктывкар, 1995), т. е. для относительно небольшой части мутагенов, поступающих в окружающую среду. В разных странах для одних и тех же токсикантов значения ПДК существенно различаются (Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В. Химическое загрязнение почв и их охрана. М.: Агропромиздат, 1991; А.П. Пурмаль Антропогенная токсикация планеты. Часть I // Соросовский образовательный журнал, 1998. № 9). Но это еще не главный "недостаток" химико-аналитического контроля, ограничивающий его применение для оценки качества среды обитания. В реальной ситуации на животные и растительные организмы оказывает влияние комплекс физических, химических и биологических факторов, совместное действие которых в зависимости от природы, интенсивности и порядка воздействия агентов обусловливает принципиально разные типы ответной реакции клетки/организма — аддитивность, синергизм, антагонизм (Дубинин Н.П., Пашин Ю.В. Мутагенез и окружающая среда. М.: Наука, 1978; Tummala P. Reddy, Vaidyanatu K. Synergistic interaction of g-rays and some methal salts in chlorophil mutation induction in rice // Mutat. Res. 1978. Vol. 52; Виленчик М.М. Радиобиологические эффекты и окружающая среда. М.: Энергоатомиздат, 1991 и др.). Поэтому результирующий отклик биологической системы на комбинированное/сочетанное воздействие нельзя предвидеть исходя только из информации об эффектах раздельного действия агентов. В связи с этим, существующий принцип нормирования поллютантов, основанный на их предельно допустимых концентрациях, приводит либо к недооценке, либо к переоценке возможных последствий повышения техногенной нагрузки на популяции животных и растений и может быть корректным только в случае аддитивного взаимодействия факторов. Результаты наших исследований показали, что именно одновременное воздействие низких доз агентов разной природы приводит к синергическому усилению генетических эффектов. Все это в определенной мере обесценивает смысл понятия "предельно допустимая концентрация", а следовательно, существующий принцип нормирования. В противоположность химико-аналитическому контролю, биологический мониторинг позволяет корректно оценивать и прогнозировать отклонения в состоянии биологических систем от нормы реакции, вызванные воздействием антропогенных/техногенных факторов. Безусловно, биологический мониторинг не позволяет связать регистрируемый эффект с определенным действующим фактором, но дает интегральную оценку последствий для представителей живой природы действия комплекса загрязняющих окружающую среду веществ и качества среды обитания человека. Совмещение методов химического анализа и биологического тестирования позволило нам установить, что определенный эффект (токсический, генотоксический, тератогенный) может быть обусловлен разными факторами, а его величина зависит в первую очередь от химических свойств и биологической значимости действующих агентов, а не от концентраций отдельно взятых компонентов. Таким образом, теряется смысл выявления единственного "действующего фактора" и выдвигается на первый план необходимость поиска чувствительных тест-объектов и тест-систем, которые адекватно отражают уровень техногенного воздействия. При этом требуется разрабатывать новые и совершенствовать старые подходы к оценке и прогнозированию состояния окружающей среды на основе данных биоиндикации. Что это означает? Начнем с того, что далеко не каждый биологический объект может быть использован в качестве индикатора внешнего воздействия. Для этого он должен удовлетворять определенным требованиям, основные из которых — высокая чувствительность при низкой индивидуальной изменчивости; генетическая однородность; наличие объектов, применяемых в целях биоиндикации, по возможности в большом количестве и с однородными свойствами; возможность существования в широком диапазоне экологических условий; легкость идентификации в природе; высокая продолжительность жизни; воспроизводимость результатов, полученных при использовании конкретной тест-системы; комплексность с точки зрения возможности регистрации разных по механизмам возникновения биологических эффектов (мутагенных, токсических, тератогенных) на одном тест-объекте; оперативность получения информации. Следует также учитывать, что поллютанты, присутствующие в окружающей среде, могут быть разной — физической, химической, биологической — природы. Если ответная реакция клетки, сложной иерархически соподчиненной системы, на внешнее воздействие универсальна и отличается для разных организмов диапазоном доз, в котором проявляются определенные изменения биологических процессов, вызванные внешним воздействием, то действующие факторы, отличаясь своими физическими и химическими характеристиками, обладают специфичностью действия в том смысле, что могут вызывать разные первичные повреждения в клетке. Так, двунитевые разрывы ДНК считают маркерами радиационного воздействия, тогда как механизм действия многих тяжелых металлов, например, кадмия, связан с образованием однонитевых разрывов ДНК, а алкилирующие соединения индуцируют различные повреждения оснований. Поэтому в настоящее время все больше говорят о комплексной оценке загрязнений. Наши исследования свидетельствуют о том, что при биоиндикации и мониторинге поллютантов крайне важно использовать одновременно набор параметров, поскольку достоверное увеличение уровня эффекта по одному критерию оценки негативного влияния факторов среды на биологические системы может быть не выявлено на основе тест-критерия, характеризующего принципиально иной механизм повреждения клеток. Эти, казалось бы, простые выводы не лежат на поверхности. Необходима огромная экспериментальная работа и привлечение научного потенциала из других областей естествознания, чтобы обосновать корректность применения того или иного объекта в целях биоиндикации и выбрать именно тот критерий, который будет отражать изменения свойств среды обитания, связанные с техногенными факторами, а не, скажем, колебания климатических показателей. Для такого доказательства и поиска связи между дозой повреждающего агента и величиной регистрируемого биологического эффекта понадобится также привлечение методов многомерной статистики. Все эти вопросы подробно обсуждаются в ряде монографий, статей, сборниках трудов конференций и т.д. Наши разработки и рекомендации о том, какие объекты и тест-системы можно использовать для биомониторинга техногенных воздействий, как техногенное воздействие отражается на состоянии биоценоза, какие при этом изменения наблюдаются на разных уровнях организации биологической системы, какие методы статистической обработки данных, критерии следует использовать при интерпретации получаемых результатов биологического тестирования, носят далеко не частный и не только практический характер, как это представляется на первый взгляд. Поясняем, какое значение для науки может иметь наш опыт оценки качества среды обитания в г. Сыктывкар и разработанные подходы, критерии и методы определения опасности для биоты техногенных загрязнений, различающихся по качественному и количественному составу поллютантов. Теоретическая важность таких исследований состоит в том, что они, наряду с экспериментами в лабораторных условиях, дают возможность совершенствовать наши знания о механизмах и закономерностях формирования реакции биологических систем на совместное действие факторов разной природы, способствуют разработке корректных, научно обоснованных критериев и методов оценки опасности мутагенов окружающей среды, позволяют вырабатывать единые методологические подходы, используемые для защиты окружающей среды на планетарном уровне и продвинуться в решении такого глобального вопроса взаимодействия человека и природы, как проблема влияния мутагенов среды на наследственность человека. Проще говоря, занимающиеся проблемами биоиндикации и биомониторинга ученые вырабатывают систему знаний о том, насколько опасны для всего живого на нашей планете поступающие в окружающую среду вещества разной природы, спектр которых постоянно растет в связи с расширением производственной деятельности человека, как предотвратить или своевременно выявить и корректно оценить последствия действия загрязняющих веществ для биоты. Существует Международная комиссия по биоиндикаторам, специально созданная для координации исследований в области биологической индикации и мониторинга поллютантов окружающей среды. Она объединяет ученых разных специальностей из многих стран мира. В этом году Институту биологии Коми НЦ УрО РАН представилась возможность быть одними из организаторов XI Международного симпозиума по биоиндикаторам "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга". В сентябре мы будем принимать в институте коллег из многих стран мира. В программу настоящего симпозиума нами внесены такие вопросы, которые ранее не обсуждались на научных конференциях даже такого уровня. Это проблемы прогнозирования состояния окружающей среды на основе данных биоиндикации, вопросы дистанционного мониторинга и экологического картирования, а также анализ эффектов комбинированных воздействий. Мы полагаем, что это важная инициатива, отражающая расширение спектра биоиндикационных исследований. Прошедшие в рамках работы Международной комиссии по биоиндикаторам 10 предыдущих симпозиумов показали пример плодотворного международного сотрудничества. По мере развития биоиндикационных исследований расширялись междисциплинарные взаимодействия, от решения чисто методических проблем биоиндикации ученые перешли к созданию единых методологических подходов защиты окружающей среды на планетарном уровне. На практике это означает, что накопленные научные данные опровергли концепцию "нормирования по человеку". Приведем в заключение замечательное выражение академика РАСХН Рудольфа Михайловича Алексахина: "Ранее существовала концепция — если человек защищен, то защищена биота. Сейчас возникла противоположная позиция — защищена биота, следовательно, защищен человек. Такое деление — это дорога в никуда. Это старая схоластика: "что первично — яйцо или курица?" Единственное решение проблемы — создание единой системы защиты." Мы считаем, что этим, на первый взгляд "частным вопросам", необходимо уделять еще большее внимание и распространить наш опыт комплексной оценки состояния окружающей среды в г. Сыктывкар и на другие города Республики Коми, которой в ближайшее время вряд ли удастся избежать негативных последствий техногенного воздействия на окружающую среду, хотя бы потому, что развитие добывающей промышленности — одного из основных источников, загрязняющих окружающую среду веществ — в нашей республике традиционно связано с освоением природных ресурсов. Успех распространения этого опыта во многом будет зависеть от позиции Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Коми и Комитета природных ресурсов по Республике Коми Российской Федерации.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 5954 посещений с 03.04.2001 |