Казанский Университет КАФЕДРА ЗООЛОГИИ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГИСТОЛОГИИ БИОИНДИКАЦИЯ И БИОТЕСТИРОВАНИЕ (С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ) доцент Зелеев Р. М.
2 Лекция 1. Введение • Регламент курса • Основные понятия, уровни биоиндикации (БИ), связь БИ с другими дисциплинами, актуальность, проблемы и перспективы. • Спектр существующих подходов к определению качества Среды. • Теоретические предпосылки, специфика и преимущества БИ. • Классификация и механизмы действия стрессирующих факторов на биосистемы различного ранга. • БИ и проблемы адаптации. Возможности организмов как биоиндикаторов. • Классификация методов БИ.
4 Примерный РЕГЛАМЕНТ ЗАНЯТИЙ по БИ (подчёркнуты дни двойных пар). План: 15 л/9 пр, пока – 10/14 № Тема дата 1. Введение. Общие представления о БИ. Водные среды, поллютанты 6. 09 2. Сточные воды и их БИ 13. 09 3. Практические занятия 20. 09 4. Природные воды и их БИ 27. 09 5. Практические занятия 4. 10 6. Основные направления БИ наземных сред 11. 10 7. Объекты и методы БИ наземных сред 9. 10 8. Практические занятия 18. 10 9. Биотестирование (Бт). Основные принципы и объекты 25. 10 10. Практические занятия 1. 11 11. Практические занятия 8 -29. 11 12 Подведение итогов, наземное Бт 6. 12 13. Зачёт 13. 12
5 Связь БИ с другими дисциплинами цикла: • Биогеография – индикаторное значение типов ареалов: чем шире ареал, тем пластичнее (эврибионтнее) вид; число, % и ранг эндемизма, и др. • Этология – включение различных поведенческих паттернов в зависимости от условий, например, иерархия рефлексов, анализ этограмм, показатели стресса и др. • Экология – набор экоморф, степень эврибионтности отдельных видов, виды-индикаторы, структура жизненного цикла, трофическая и размерная характеристика обитателей ценоза, выраженность отдельных пищевых цепей, и др. • Эволюция Биосферы – корреляции изменений индикационно-значимых признаков экосистем с изменениями абиотической обстановки
6 Связь БИ с экологией и токсикологией Экология Токсикология Место и роль организма в экосистеме Токсиканты и их действие Выявление нормы в структуре и функции организма и его адаптивных диапазонов Диапазоны устойчивости и механизмы адаптации биосистем Наиболее значимые параметры, обеспечивающие адаптацию Характер проявления и градации действия токсикантов Выявление индикаторных признаков Тест-функция и специфика реакции Биоиндикация Определение качества Среды по состоянию биосистемы Почему именно Беспозвоночные?
7 ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ И ЧИСЛЕННОСТЬ ЦАРСТВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Regnum Plantae (Растения) ок. 350 тыс. видов Regnum Fungi (Грибы) ок. 100 тыс. видов Regnum Animalia (Животные) 1, 5 - 2 млн. видов Regnum Protista (Протисты) ок. 30 тыс. видов ВСЕГО ИЗВЕСТНО ОКОЛО 2, 5 МЛН. ВИДОВ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ Regnum Eubacteria Regnum Archaebacteria Regnum Cyanophyta несколько десятков тыс. видов
8 СООТНОШЕНИЕ ЧИСЛЕННОСТИ ОСНОВНЫХ ГРУПП ЦАРСТВА ЖИВОТНЫХ (REGNUM ANIMALIA) ВСЕ НАСЕКОМЫЕ ОКОЛО 1 МЛН. ВИДОВ ПРЕДПОЛАГАЕМАЯ ЧИСЛЕННОСТЬ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ - ДО 3 -4 МЛН. ВИДОВ (около 48 тыс. видов) 2% Среди 652 видов-индикаторов (Список В. В. Макрушина) на долю беспозвоночных приходится 56, 8% (369 вида)
9 Связи компонентов в ценозах Земли Растения Беспозвоночные Позвоночные Минералы Бактерии и грибы Основные потоки вертикальной миграции атомов в Биосфере Человечество Отходы
10 Некоторые важные понятия: • БИОИНДИКАЦИЯ (БИ=Би+Бт) - оценка качества среды с использованием биосистем различного ранга. • Биоиндикация (Би) - способ оценки антропогенной нагрузки по реакции на нее живых организмов и их сообществ в природных условиях (наблюдение). Сами организмы – виды-биоиндикаторы. • Биотестирование (Бт) – измерение степени нарушения структур и функций биосистем в лаборатории (эксперимент). Сами организмы – тест-объекты. • Токсиканты – ядовитые вещества. • Ксенобиотики – вещества, чуждые живым организмам. • Поллютанты – вещества, загрязняющие среду и организмы • Мониторинг - система повторных наблюдений 1 и более элементов окружающей природной среды в пространстве и во времени с определенными целями и в соответствии с подготовленной программой.
11 Преимущества биоиндикаторов, позволяющие использовать их для биомониторинга: • • суммируют все биологически важные данные об окружающей среде и отражают ее состояние в целом; делают необязательным (или чаще дополняют) применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа параметров окружающей среды; реагируют на кратковременные и залповые выбросы токсикантов, которые может не зарегистрировать автоматизированная система контроля с периодическим отбором проб; отражают и фиксируют скорость происходящих в природной среде изменений и вскрывают тенденции развития окружающей природной среды; • указывают пути и места скопления в экологических системах ксенобиотиков и поллютантов и возможные пути их попадания в пищу человека; позволяют судить о степени вредности тех или иных • веществ для природы и человека; дают возможность контролировать токсичность и опасность вновь синтезируемых ксенобиотиков; • помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы, различающиеся своей устойчивостью к антропогенному воздействию.
12 Приоритетные направления БИ • БИ действия на организмы естественных природных факторов (действие климата, взаимоотношений между организмами и т. п. ). • Анализ процессов модификации естественных факторов человеком: мелиорация земель, эксплуатация биоресурсов, экологические результаты интродукции новых для региона видов животных, растений и т. п. • Комплекс экологических явлений под влиянием глобального загрязнения биосферы. Физические и химические факторы загрязнения биосферы (ионизирующие излучения, промышленные поллютанты, минеральные удобрения и пестициды) приобрели глобальный характер в последние десятилетия, тогда как ранее они не выступали лимитирующими факторами формирования жизни.
13 специфичная и ст о н ч фи неспецифичная и по Формы БИ: ц пе с по аф ин кци реа по скоро сти реак ции чувствительная по св яз аккумулятивная ис фа кт ор ом прямая косвенная ор акт вторичная первичная
14 Уровни БИ Экосистемный Объекты БИ микрокосмы Ценотический трофические цепи и их представители, биоразнообразие и др. Популяционно-видовой ареалы, соотношение полов, рас и морф Организменный виды-индикаторы, тест-объекты, морфологические маркеры (асимметрия и др. ) Клеточный культуры клеток, клеточные элементы и др. Молекулярно-генетический цитохром Р-420, хим. состав организмов, металлотионеины, ОШСС и др.
15 Экосистемный и ценотический уровни Детритная цепь устойчивее пастбищной (М. М. Камшилов) Пирамида масс, продуктивности, энергии Пирамида информации потенциал сложность Эффект биопоэза на усложнение Среды время
16 Трофическая пирамида Раутиан А. С. , Сенников А. Г. , 2001, ПИН РАН
17 Биоэкологические закономерности и концепции, имеющие значение для БИ • Правило Глоджера : животные из жарких и засушливых районов обычно окрашены бледнее животных холодных и увлажненных областей • Правило Тинеманна - чем разнообразнее условия жизни в рамках биотопа, тем больше видов в биоценозе, чем больше отклонения от условий обитания от оптимума, тем беднее видами биоценоз и относительно больше особей в каждом присутствующем виде. • организмы, размножающиеся и половым и бесполым путем, предпочитают бесполое размножение при стабильных, а половое - при изменяющихся условиях
18 Некоторые из теоретических обоснований БИ • Теория стресса (адаптационный синдром) - Г. Селье • Концепции адаптационного ландшафта и креода (Симпсон Дж. Г. , Расницын А. П. , Уоддингтон К. Х. ) • Теория половой и латеральной дифференциации (Геодакян В. А. ):
19 Теория стресса. Адаптационный (неспецифический) синдром эустресс дистресс первичное возбуждение Ганс Селье (1907 -1982) первичное угнетение «плато» • истощение повышение устойчивости гибель • Сформулировал концепцию стресса, Ввел понятие адаптационного синдрома, болезней адаптации и др.
20 Расницын Александр Павлович креод Конрад Хэл Уоддингтон (1905 -1975) Концепция адаптационного ландшафта (Симпсон, Уоддингтон К. Х. , Расницын А. П. )
21 • • Основные постулаты ЭТЭ (Шишкин, 2003): Наследственность — не партнер естественного отбора, а его продукт, выступающий как системное свойство онтогенеза. Эволюционные изменения начинаются с фенотипа и распространяются в направлении генотипа, а не наоборот. Предметом эволюции являются целостные системы развития, параметры которых не могут быть описаны в терминах их элементарных составляющих (локусных генов, типов клеток и т. д. ). Мутации не инициируют эволюционного процесса, так как могут влиять лишь на выбор реализуемой траектории в данной системе развития, но не меняют свойств самой системы (Гольдшмидт, Уоддингтон). Подлинный материал естественного отбора — неустойчиво воспроизводимые системные аберрации развития, а не «наследственные факторы» , управляемые менделевскими законами. Область проявления менделевских соотношений в природе — это популяции, характеризующиеся адаптивным полиморфизмом, т. е. состоящие из альтернативно стабилизированных морф. Отбор всегда является стабилизирующим. «Движущий отбор» есть лишь суммарное описание актов стабилизации последовательных однонаправленных уклонений, каждое из которых вызывается лишь возмущениями в системе развития.
22 Теория половой и латеральной дифференциации СП - соотношение полов ДП - дисперсия полов Геодакян В. А. ♀ ПД - половой диморфизм ♂ ДП ♀ ДП ♂
Тема следующей лекции: БИ водных сред. Характеристика поллютантов
Скачать презентацию Казанский Университет КАФЕДРА ЗООЛОГИИ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ и ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГИСТОЛОГИИ
1. Введение БИ.ppt