Лишайники – биоиндикаторы окружающей среды

Одними из наиболее известных биологических индикаторов являются лишайники, чувствительность которых обусловлена их физиологией и симбиотической природой. Лишайники выбраны объектом глобального биологического мониторинга, поскольку они распространены по всему Земному шару и поскольку их реакция на внешнее воздействие очень сильна, а собственная изменчивость незначительна по сравнению с другими организмами. Кроме того, лишайники поглощают аэрозоли и газы всей поверхностью талломов, что также повышает их чувствительность к загрязнению, а периодически происходящая дегидратация талломов, позволяющая переживать лишайникам периоды засухи, приводит к росту концентрации загрязняющих веществ в талломах до высоких уровней.

Под воздействием токсичных веществ (диоксид серы, оксиды азота, тяжелые металлы, озон, органические оксиданты и др.) происходят изменения биохимического состава, физиологических процессов, анатомических и морфологических признаков, структуры популяций, видового состава и структуры лишайниковых сообществ. Наиболее изученными являются биохимические реакции лишайников и изменения видового состава эпифитных лихеносинузий в условиях атмосферного загрязнения. Последний подход, ввиду его простоты и быстроты, получил наибольшую популярность среди методов лихеноиндикации.

Первое, что происходит в местообитаниях с высоким содержанием поллютантов — это накопление их (в особенности тяжелых металлов) в талломах лишайников. Под воздействием токсических агентов происходят биохимические изменения. Характерной биохимической реакцией лишайников, происходящей под воздействием поллютантов, является деградация хлорофилла (вследствие этого — повышение концентрации феофитина) и снижение интенсивности его синтеза. Индикатором крайней степени повреждения таллома поллютантами служит появление желтых и коричневых некротических пятен в местах локализации фотобионта. Другими биохимическими реакциями лишайников в ответ на воздействие за-грязнителей являются снижение концентрации АТФ в талломе, увеличение pH и электропроводимости внутренней среды таллома, высвобождение из клеток K+ и Mg2+, угнетение синтеза лишайниковых кислот, белков и липидов, изменение активности многих ферментов. Так, рибулозофосфат-карбоксилаза, фосфоенолпируват-карбоксилаза, нитратредуктаза, фосфатаза, ферменты фотофосфорилирования, а также каталаза снижают свою активность, тогда как пероксидаза увеличивает ее.

Ингибирование активности ферментов и деградация важнейших для метаболизма молекул под воздействием поллютантов приводит к угнетению основных физиологических процессов у лишайников: фотосинтеза, дыхания и азотфиксации. Наиболее чувствителен к воздействию токсичных агентов процесс азотфиксации, в меньшей степени — фотосинтез. Дыхание же при низких концентрациях поллютантов усиливается, но при дальнейшем повышении концентрации агента угнетается. Под воздействием поллютантов уменьшается скорость роста таллома и снижается образование апотециев. Загрязнение среды приводит к уменьшению содержания в талломе клеток фотобионта, особенно в молодых частях таллома. Число мертвых клеток фотобионта увеличивается, происходит снижение частоты деления клеток водорослей, уменьшение их размеров и числа контактов с грибным партнером.

Изменения популяционной структуры лишайников в условиях загрязнения изучены в меньшей степени. Определены изменения в размерной и возрастной структурах популяций лишайника Hypogymnia physodes в условиях атмосферного загрязнения. Было показано, что при увеличении загрязнения частотные распределения массы и длины талломов сдвигаются в сторону особей меньших размеров. При переходе от фоновой к импактной зоне происходит смещение спектра возрастных состояний, которые выделены по количеству и степени развития соралей, от высоко фертильных к минимально фертильным и стерильным особям. Такие изменения в возрастной структуре популяций связаны с задержкой развития особей прегенеративного периода в условиях загрязнения.

Методы лихеноиндикации, основанные на изучении изменения структуры лишайниковых сообществ и состава лихенобиоты под воздействием загрязнения, могут быть подразделены на следующие группы:

  • · анализ исторических данных, основанный на сравнении результатов нынешних наблюдений за составом видов лишайников и предшествующих наблюдений в том же месте;
  • · изменение структуры лишайниковых сообществ вдоль градиента источника загрязнения — фон;
  • · зонирование территории, основанное на определении изменений в обилии и общем числе видов под воздействием загрязнения;
  • · картирование распространения индикаторных видов и их характеристик;
  • · использование индексов для количественной оценки степени загрязнения среды, например, индексов атмосферной чистоты (IAP) или индекса полеотолерантности.

Общие изменения структуры лишайниковых сообществ под воздействием загрязнения проявляются в уменьшении числа видов и обилия чувствительных видов, смене субстратов и увеличении обилия токситолерантных видов. Изменения в видовом составе лишайников в условиях загрязнения: обеднение его видового состава, изменение спектра жизненных форм (уменьшение доли кустистых и, в меньшей степени, листоватых лишайников), сокращение числа напочвенных видов и увеличение доли эпифитов, мультизональных и нитрофильных видов.

В основе изменения видового состава лишайниковых сообществ под влиянием загрязнения лежит дифференциальная чувствительность различных видов к воздействию поллютантов. Большое количество данных, касающихся распространения видов, и длительный мониторинг по определению концентраций поллютантов в местах их произрастания позволяют составить точные количественные шкалы чувствительности видов к различным загрязнителям.

Изучение изменения структуры лишайниковых сообществ вдоль градиента загрязнения дает возможность построить зависимости типа «доза-эффект», в которых в качестве «дозы» рассматривают величины поступления токсикантов в экосистему, а «эффекта» — параметры состояния лихеносинузий. Эти зависимости необходимы для понимания закономерностей реакций лишайниковых сообществ в ответ на стрессовые воздействия. В прикладном плане их анализ нужен для установления предельно допустимых антропогенных нагрузок. Зависимость параметров структуры лихеносинузий (количество видов, видовая насыщенность (число видов на ствол), проективное покрытие лишайников у основания ствола дерева и на высоте 1.3 м, высота поднятия по стволу доминирующего в фоновых условиях вида) от расстояния точки сборов до источника выбросов поллютантов и от содержания тяжелых металлов в почве и снеге: с увеличением загрязнения происходило уменьшение значений этих показателей, однако на постепенное увеличение дозы токсической нагрузки эпифитные лихеносинузии реагировали не постепенным изменением своих параметров, а резким переходом от фонового к импактному уровню. Из перечисленных параметров наиболее информативными для индикации степени загрязнения среды оказались количество видов и видовая насыщенность.

Оцените статью
Добавить комментарий