УДК 574.24 Экологическая физиология организмов. Реакции организма на изменение факторов среды
УДК 57.084 Наблюдения и эксперименты на живых организмах, растениях и животных
Кратко рассмотрено современное состояние концепции здоровья водных экосистем и основных методов и технологий (преимущественно – инструментальных) его оценки. Рассмотрены данные, полученные при исследовании здоровья экосистем нескольких рекреационных акваторий Черного моря, восточной части Финского залива (на примере ряда акваторий Севастополя, нескольких пресноводных акваторий Курортного района Г. Санкт-Петербурга, расположенных вдоль северного побережья восточной части Финского залива), а также нескольких протоков дельты р. Волги. Оперативная оценка здоровья экосистем проводилась с использованием инновационной технологии биомониторинга – путем тестирования здоровья обитающих в них взрослых особей двустворчатых моллюсков методом функциональной нагрузки на основе анализа их кардиоритма, измеряемого с помощью системы биоэлектронной волоконно-оптической БиоАргус. Установлено, что функциональное состояние моллюсков может служить индикатором сверхнормативных загрязнений прибрежных вод объектами, сбрасывающими недостаточно очищенные бытовые стоки своих локальных очистных сооружений. С учетом достаточно высокой экспрессности и простоты применения, данная технология может эффективно применяться для решения задач скрининговых исследований и ранней диагностики состояния водных экосистем, а также служить информационной основой для выработки регионально ориентированных, научно-обоснованных природоохранных управленческих решений. Недавно автоматизированная система БиоАргус была метрологически аттестована на тип (Приказ Росстандарта № 2702 от 27.10.2022 об утверждении типов средств измерений). Последнее открыло законное право использовать эту измерительную систему на городских предприятиях водоснабжения и водоотведения, а также разрабатывать различные региональные сертифицированные методики и технологии оценки экологического состояния (здоровья) водных экосистем, основанные на использовании систем БиоАргус в качестве измерительного средства.
биомониторинг, биомаркеры, функциональное состояние животных, биоиндикация, здоровье водных экосистем, частота сердечных сокращений моллюсков.
1. Булавина Е.Н., Булавина Д.А. Методы биоиндикации при определении качества природной воды в рамках судебной экологической экспертизы // Судебная экспертиза Беларуси. 2018. № 2(7). С. 58-62.
2. Голубев А.П., Аксенов-Грибанов Д.В., Тимофеев М.А. Применение интегрального подхода к оценке воздействия антропогенного загрязнения на биоту пресных водоемов // Экологический вестник. 2013. № 3 (25). С. 106-115.
3. Государственный доклад “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2017 году”. М.: Минприроды России; НПП “Кадастр”, 2018. 888 с.
4. Зарыхта В.В., Zhang Z.H., Кузнецова Т.В., Озерский П.В., Feng Y.J. Дифференциальное накопление тяжелых металлов в мягких тканях трех видов двустворчатых моллюсков из реки Сунгари вблизи г. Харбина (Китай) // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2020. Т. 56. № 2. С. 119-126.
5. Захаров В.М., Трофимов И.Е. Оценка здоровья среды: экологическое нормирование (оценка состояния природных популяций по стабильности развития) // Вопросы экологического нормирования и разработка системы оценки состояния водоемов: материалы Объединенного Пленума Научного совета ОБН РАН по гидробиологии и ихтиологии, Гидробиологического общества при РАН и Межведомственной ихтиологической комиссии. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. С. 102-120.
6. Зилов Е.А. Возможность использования целевых функций для оценки “здоровья” водных экологических систем: эксергия // Сибирский экологический журнал. 2006. № 3. С. 269-284.
7. Кармазинов Ф.В., Кинебас А.К., Бекренев А.В., Сулейманова Э.К., Холодкевич С.В., Иванов А.В. Опыт эксплуатации систем биомониторинга качества воды в Санкт-Петербурге // Водоснабжение и санитарная техника. 2007. № 7. Ч. 2. С. 2-6.
8. Кинебас А.К., Нефедова Е. Д., Гвоздев В.А., Холодкевич С.В., Иванов А.В., Куракин А.С., Корниенко Е.Л. Повышение эффективности и надежности биоэлектронных систем станций производственного биологического мониторинга качества воды // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 1. С. 20-27.
9. Куракин А.С., Холодкевич С.В., Пурвиня С. И др. Оценка экологического состояния акваторий Рижского залива // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2012. № 1 (142). С. 267-272.
10. Мельник Е.А., Рублевская О.Н., Панкова Г.А., Холодкевич С.В. и др. Биоэлектронная система контроля токсикологической безопасности биологически очищенных сточных вод, сбрасываемых Юго-Западными очистными сооружениями ГУП “Водоканал Санкт-Петербурга” в Невскую губу // Водоснабжение и санитарная техника. 2013. № 1. С. 7-12.
11. Моисеенко Т.И. Оценка качества вод и “здоровья” экосистем с позиций экологической парадигмы // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2017. № 3. С. 104-124.
12. Моисеенко Т.И., Гашев С.Н., Селюков А.Г., Жигилева О.Н., Алешина О.А. Биологические методы оценки качества вод: часть 1. биоиндикация / Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2010. № 7. С. 20-40.
13. Пахоруков Н.М, Лямин М.Я. Биоразнообразие и экология беспозвоночных животных. Водная фауна: учеб. пособие по полевой практике. Пермь: Пермский университет, 2007. 156 с.
14. Холодкевич С.В. Биоэлектронный мониторинг уровня токсичности природных и сточных вод в реальном времени // Экологическая химия. 2007a. № 16(4). С. 223-232.
15. Холодкевич С.В. Иванов А.В., Корниенко Е.Л., Куракин А.С., Любимцев В.А. Биоэлектронный мониторинг поверхностных вод // Мир измерений. 2011. № 10. С. 6-13.
16. Холодкевич С.В. Комплексное обеспечение химической безопасности водоснабжения населения городов для предотвращения и минимизации последствий чрезвычайных ситуаций (на примере Санкт-Петербурга). Автореф. дисс. … докт. технич. наук. СПб, 2007b. 39 с.
17. Холодкевич С.В., Иванов А.В., Корниенко Е.Л., Куракин А.С. Патент РФ № 2308720 “Способ биологического мониторинга окружающей среды (варианты) и система для его осуществления”. 2007. Бюл. № 29.
18. Холодкевич С.В., Кузнецова Т.В., Куракин А.С., Солдатов А.А., Гостюхина О.Л., Головина И.В., Андреенко Т.И., Кирин М.П. Новый методологический подход к оперативной оценке экологического состояния прибрежных морских акваторий // Известия ТИНРО. 2018. № 194. С. 215-238.
19. Холодкевич С.В., Мотрук М.К., Любимцев М.А., Суслопарова О.Н. Сравнительная биоэлектронная диагностика экологического состояния загрязненных акваторий (на примере некоторых протоков дельты Волги) // Формула фармации. 2021a. Т. 3. № 1. С. 84-91.
20. Холодкевич С.В., Чуйко Г.М., Шаров А.Н., Кузнецова Т.В., Песня Д.С. Показатели кардиоактивности и оксидативного стресса моллюска Anodonta cygnea при краткосрочной соленостной тест- нагрузке как биомаркеры для оценки состояния организма и качества среды обитания // Биология внутренних вод. 2021b. № 6. С. 599-606.
21. Холодкевич С.В., Шаров А.Н., Чуйко Г.М., Кузнецова Т.В., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. Оценка качества пресноводных экосистем по функциональному состоянию двустворчатых моллюсков // Водные ресурсы. 2019. Т. 46. № 2. С. 214-224.
22. Чуйко Г.М. Место и роль биомаркеров в экологическом мониторинге водных экосистем // Биодиагностика и оценка качества природной среды: подходы, методы, критерии и эталоны сравнения в экотоксикологии: материалы международного симпозиума / МГУ, М.: ГЕОС, 2016. С. 275-283.
23. Чуйко Г.М. Современные подходы использования методов биодиагностики при экотоксикологической оценке водных экосистем // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов: труды VI Международной научно-практической конференции / Пермский гос. национальный исследовательский институт. Пермь, 2017. С. 90-94.
24. Чуйко Г.М., Томилина И.И., Холмогорова Н.В. Методы биодиагностики в водной экотоксикологии // Токсикологический вестник. 2022b. Т. 30. № 5. С. 315-322. DOI:https://doi.org/10.47470/0869-7922-2022-30-5-315-322.
25. Чуйко Г.М., Законнов В.В., Бродский Е.С., Шелепчиков А.А. Методический подход к оценке источников и путей поступления стойких органических загрязняющих веществ (СОЗ) в пресноводные объекты // Здоровье населения и среда обитания. 2022a. Т. 30. № 10. С.32-39. DOI:https://doi.org/10.35627/2219-5238/2022-30-10-33-39.
26. Aguirre-Rubíabc J., Luna-Acosta A., Ortiz-Zarragoitia M., Zaldibar B. et al. Assessment of ecosystem health disturbance in mangrove-lined Caribbean coastal systems using the oyster Crassostrea rhizophorae as sentinel species // Science of The Total Environment. 2018. Vol. 618. P. 718-735. DOI:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.08.098
27. Campbell D. E. Using energy systems theory to define, measure, and interpret ecological integrity and ecological health // Ecosystem Health. 2000. Vol. 6(3). P. 181-204.
28. Costanza R. Ecosystem health and ecological engineering // Ecological Engineering. 2012. Vol. 45. P. 24-29. DOI:https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2012.03.023.
29. Costanza R., Mageau M. What is a healthy ecosystem? // Aquat. Ecol. 1999. Vol. 33. P. 105-115.
30. Depledge M.H., Galloway T.S. Healthy animals, healthy ecosystems // Frontiers in Ecology and the Environment. 2005. Vol. 3(5). P. 251-258. DOI:https://doi.org/10.2307/3868487.
31. Gvozdenović S., Mandić M., Peraš I. Morphometry and condition index in Mediterranean mussels (Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819) from Boka Kotorska Bay (Montenegro, Southeast Adriatic Sea) // Studia Marina. 2020. Vol. 33(2). P. 15-26. DOI:https://doi.org/10.5281/zenodo.4314146
32. Hook S.E., Gallagher E.P., Batleyy G.E. The Role of Biomarkers in the Assessment of Aquatic Ecosystem Health // Integrated Environmental Assessment and Management. 2014. Vol. 10(3). P. 327-341. DOI:https://doi.org/10.1002/ieam.1530.
33. Karr J.R., Frausch K.D., Angermeier P.L. Assessing biological integrity in running waters. A method and its rationale // Illinios natural history survey. Illinios: Champaigne, 1986. Special publication 5. 30 p.
34. Kholodkevich S.V., Ivanov A.V., Kornienko E.L., Kurakin A.S. Method of biological environment monitoring (versions) and a system for realization thereof: US Pat. № 8442809. 2013.
35. Kholodkevich S.V., Kuznetsova T. V., Kirin M.P. et al. Bioindication of the ecological state (health) of coastal waters based on the use of automated bioelectronic systems // Pharmacy Formulas. 2020. Vol. 2(3). P. 64-73. DOI:https://doi.org/10.17816/phf46438/2713-153X-2020-3-2-64-73.
36. Kholodkevich S.V., Kuznetsova T.V., Sharov A.N. et al. A Applicability of a bioelectronics cardiac monitoring system for the detection of biological effects of pollution in bioindicator species in the gulf of Finland // Journal of Marine systems. 2017. Vol. 171. P. 151-158. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmarsys.2016.12.005.
37. Kuznetsova T., Kholodkevich S. Comparative assessment of surface water quality through evaluation of physiological state of bioindicator species: searching a new biomarkers // Proceedings - 2015 4th Mediterranean Conference on Embedded Computing, MECO 2015 - Including ECyPS 2015, BioEMIS 2015, BioICT 2015, MECO-Student Challenge 2015. Budva, Chernogoriya: IEEE, 2015. P. 339-344. DOI: 10.1109/МЕКО.2015.7181938
38. Kuznetsova T.V., Kholodkevich S.V., Kurakin A.S. Experience on ecological status assessment based on adaptive potential diagnostics in selected invertebrates of the Baltic Sea Sub-regions // Fundamentalnaya I Prikladnaya Gidrofizika. 2018. Т. 11. № 2. С. 75-85. DOI:https://doi.org/10.7868/S2073667318020065.
39. Li L., Zheng B., Liu L. Biomonitoring and Bioindicators Used for River Ecosystems: Definitions, Approaches and Trends // Procedia Environmental Sciences. 2010. Vol. 2. P. 1510-1524. DOI:https://doi.org/10.1016/j.proenv.2010.10.164.
40. Marigomez I., Garmendia L., Soto M. et al. Marine ecosystem health status assessment through integrative biomarker indices: a comparative study after the Prestige oil spill “Mussel Watch” // Ecotoxicology. 2013. Vol. 22. P. 486-505. DOI:https://doi.org/10.1007/s10646-013-1042-4.
41. Nikolic M., Kuznetsova T., Kholodkevich S. et al. Cardiac activity in the Mediterranean mussel (Mytilus galloprovincialis Lamarck, 1819) as a biomarker for assessing sea water quality in Boka Kotorska Bay, South Adriatic Sea // Mediterranean Marine Science. 2019. Vol. 20(4). P. 680-687. DOI:https://doi.org/10.12681/mms.18119.
42. Odum E.P. Trends expected in stressed ecosystems // Bioscience. 1985. Vol. 35. P. 419-422.
43. Rapport D.J., Regier H.A., Hutchinson T.C. Ecosystem behavior under stress // American Naturalist. 1985. Vol. 125. P. 617-640.
44. Saikia S.R., Ray S., Mukherjee J. Aquatic Ecosystem health - a review // Aquatic Ecosystems. 2011. P. 57-102.
45. Tett P., Gowen R., Painting S. et al. Framework for understanding marine ecosystem health // Мarine ecology progress series. 2013. Vol. 494. P. 1-27. DOI:https://doi.org/10.3354/meps10539.
46. Zarykhta V.V., Zhang Z., Zhang Y. et al. Comprehensive assesments of ecological states of Songhua River using chemical analysis and bivalves as bioindicators // Environmental Science and Pollution Research. 2019. Vol. 26. № 32. P. 33341-33350.
