Накопление тяжелых металлов морскими макроводорослями. 
Экологические и физиологические аспекты

Проблема глобального загрязнения природы и контроль за качеством биоты включают широкий круг вопросов теоретического и прикладного значения. В середине 70-х годов, в связи с возросшим антропогенным воздействием на природу возникло понятие «мониторинг состояния природной среды», включающее в себя как теоретическую экологическую основу, так и прикладную составляющую, связанную с сохранением природной среды. Основные представления об этой новой науке сформулированы в 70-х годов 20 века (Mumi, 1973; Израэль, 1974;1975; Герасимов, 1975). Использование для контроля качества среды живых организмов и контроль за состоянием самих организмов изложено В. Д. Федоровым в статье «Биологический мониторинг: обоснование и опыт организации» (1975). Наиболее загрязняемой тяжелыми металлами частью биосферы являются водоемы, где их антропогенное поступление теперь сравнимо с терригенным выносом, который раньше определял фоновый уровень металлов в гидросфере. Контролю и наблюдению за морскими экосистемами посвящены также работы А. В. Цыбань (1980), С. А. Патина (1982), Н. К. Христофоровой (1985). Детальную разработку программы контроля и наблюдения за состоянием морской экосистемы, используя и наши совместные исследования, предложил К. С. Бурдин в работе «Основы биологического мониторинга» (1985).

Одним из отрицательных результатов хозяйственной деятельности человека является нарушение естественного баланса химических элементов в биосфере, сложившегося в результате эволюции. Антропогенное загрязнение природной среды приводит к повышению концентрации некоторых элементов в среде и к последующему повышению их концентраций в живых организмах, что может вызывать токсические эффекты. Выявлены группы загрязнителей, одна из наиболее опасных — тяжелые металлы, высокая токсичность которых воздействует негативно на многих уровнях организации живого вещества от клетки до экосистемы, а их распространение имеет глобальный характер.

Макроводоросли составляют основу первичной продукции прибрежно-морских экосистем и испытывают наиболее сильное антропогенное воздействие. 1йакроводоросли, обладая быстрыми физиологическими откликами на токсические воздействия, достаточно устойчивы, сохраняют жизнеспособность, а в случае прекращения поступления в среду тяжелых металлов, могут вернуться в исходное состояние. Макрофитные водоросли способны в больших количествах накапливать тяжелые металлы и, отражая их сезонную и погодичную динамику содержания в воде, могут быть использованы в качестве биологических мониторов загрязнения водной среды. Подбор таких видов макроводорослей в качестве организмов-мониторов, тест-объектов, а также выявление простых и надежных физиологических откликов на токсическое действие тяжелых металлов — первоочередная задача в системе мониторинга загрязнения водной среды тяжелыми металлами.

Сообщества водорослей-макрофитов, постоянно обитающие в прибрежной зоне водоемов под влиянием антропогенных сбросов претерпевают неестественные сукцессии, которые могут также служить индикаторами загрязнений.

В диссертации проводилось исследование многих аспектов взаимодействия водорослей с тяжелыми металлами с точки зрения теории и практики использования морских макрофитов для биологического мониторинга загрязнения морской среды.

Целью данной работы было изучение влияния тяжелых металлов на морские макрофитные водоросли на уровне организма, популяции и сообщества для оценки их диагностических возможностей и исследование последствий влияния загрязнения для оценки их прогностических возможностей, что позволило бы научно обосновать использование макроводорослей в системе контроля состояния морской среды. Основными задачами работы являлись:

— исследование накопления тяжелых металлов морскими макроводорослями в естественных условиях обитания.

— изучение накопления тяжелых металлов организмом водорослей в зависимости от возраста и частей таллома.

— изучение влияния антропогенного загрязнения на уровне организма, популяции и фитоценоза макроводорослей. экспериментальные исследования процессов накопления, выведения и влияния тяжелых металлов на морские макроводоросли.

В результате работы были разработаны методологические подходы к сбору информации о загрязнении тяжелыми металлами прибрежной зоны морей на основании загрязнения ее биологической компоненты, при использовании макрофитных водорослей. Основное внимание уделено учету физиологических возможностей и особенностей различных видов водорослей. Впервые исследовалось влияние загрязнений на макрофиты одновременно на трех уровнях организацииорганизма, популяции и сообщества. Проведены диагностические исследования состояния макрофитобентоса на 11 полигонах Черного, Японского и Охотского морей. Впервые исследованы процессы накопления и выведение тяжелых металлов и их влияния на различные физиологические группы водорослей в экспериментальных условиях, максимально приближенных к естественным. Получены сведения о физиологическом отклике организма на повышение уровня тяжелых металла"^ среде. Выделены виды водорослей наиболее перспективные для контройй за уровнем загрязнения. Приведенные в работе выводы и рекомендации, & таюкё результаты полевых исследований и полученные экспериментальным путем данные о механизмах накопления и выведения тяжелых металлов морскими макроводорослями могут быть использованы в программах локального и регионального наблюдения, оценки и прогноза загрязнения морской среды тяжелыми металлами.

Заключение

.

Влияние тяжелых металлов на морские макроводоросли имеет множество различных аспектов, так как живые организмы представляют собой наиболее сложно организованный вид материи, по сравнению с химическими веществами и неживыми предметами. В данной работе проводилось изучение возможности использования макроводорослей для контроля загрязнения морской среды тяжелыми металлами. Не затрагивались биохимические и биофизические аспекты взаимодействия металлов и макроводорослей, что представляет теоретический интерес при изучении взаимодействия макроводоросли-тяжелые металлы. Максимально не использовались статистические методы обработки результатов, что бы не исключить экстраординарные значения концентраций, которые могут ярко характеризовать возможности живого организма. В работу не включены данные по диапазонам накопления металлов для отдельных видов водорослей, т.к. точные значения можно получить только при проведении долгосрочных экспериментов по накоплению разных концентраций и комбинаций металлов. Были затронуты лишь физиологические и экол’о (гйЧескйе аспекты влияния тяжелых металлов на макроводоросли, которые, по-нашему мнению, позволяют сформулировать методические подходы к задаче использования макроводорослей в целях диагностического и прогностического мониторинга загрязнения морской среды тяжелы^й металлами.

Представленные результаты являются частый совместной работы научного коллектива и были изложены в многочисленных обгЦйх публикациях и докладах.

Выражаю глубокую признательность моему научному руководителю, который предоставил мне возможность завершить многолетнюю работу по теме написанием данной диссертации.