Na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat obserwujemy postępującą degradację środowiska naturalnego. Zjawisko to jest spowodowane głównie działalnością człowieka, związaną z rozwojem przemysłu oraz rolnictwa. Oddziaływanie zanieczyszczenia środowiska naturalnego na organizmy żywe jest znane od dawna, ale od ok. 30 lat badane są możliwości kwantyfikacji tych oddziaływań. Stwierdzono, że wzrastający poziom antropogennych zanieczyszczeń wpływa na fizjologię oraz morfologię organizmów, a w skrajnych przypadkach prowadzi do ich obumierania. Metod oceny stanu środowiska jest wiele, natura uwielbia jednak to co proste i w ten sposób dowiedzieć się o niej można najwięcej.
BIOINDYKACJA
Ponieważ trudno jest ocenić stan środowiska opierając się tylko na metodach fizykochemicznych, w badaniach kompleksowych prowadzi się także obserwacje reakcji organizmów na konkretny bodziec. Bioindykacja, czyli określanie zmian za pomocą szeroko pojętych wskaźników biologicznych, jako metoda oceny stanu środowiska wykorzystywana jest często do oceny stanu wód, gleby, lasów. Ten sposób określenia stopnia zanieczyszczenia znany jest od drugiej połowy XIX wieku. Bioindykacja umożliwia przeprowadzenie szybkich obserwacji i zestawienie danych z różnych miejsc świata, ponieważ wiele gatunków używanych jako bioindykatory występuje w niemal każdej szerokości geograficznej.
W wielu wypadkach badania naukowe oparte są właśnie o takie biowskaźniki, których wykorzystanie jest bardziej naturalne, niż badanie laboratoryjne. Przewaga metody bioindykacji nad metodami fizykochemicznymi polega na tym, że wartościuje ona nie tylko oddziaływanie czynników abiotycznych na organizm, ale też struktury oraz procesy z punktu widzenia interakcji zachodzących między organizmami żywymi. Obecnie metody bioindykacyjne zaczynają skutecznie konkurować z tradycyjnymi metodami badania zanieczyszczenia środowiska i „stają się jednym z filarów nowoczesnego monitoringu środowiskowego”. Do ich głównych zalet należą: tani i niewymagający specjalnego wyszkolenia sposób pobierania próbek oraz fakt, że kumulacja zanieczyszczeń jest efektem oddziaływań tylko tych czynników, które wpływają na równowagę wewnątrz organizmów, wskazując jednocześnie na biodostępność zanieczyszczeń.
Bioindykacja wykorzystywana jest do oceny: różnorodności biologicznej, integralności ekosystemu, skażenia metalami ciężkimi czy zmian sposobu użytkowania ziemi. Ponadto metody bioindykacji mają szerokie zastosowanie w geologii poszukiwawczej (wykrywanie kruszców), ochronie środowiska (ocena skutków zanieczyszczeń), przy ocenie przydatności terenu dla potrzeb rolnictwa, leśnictwa i rekreacji oraz w planowaniu użytkowania ziemi.
CZYM SĄ BIOINDYKATORY?
Bioindykator to papierek lakmusowy, który świadczy o poziomie zanieczyszczenia środowiska. Bioindykatory są to gatunki roślin lub zwierząt wykazujące niską tolerancję na zmianę warunków środowiska, w którym żyją. Organizmy wskaźnikowe mogą reagować w charakterystyczny sposób na działanie konkretnej substancji pojawiającej się środowisku.
KLASYFIKACJA BIOINDYKATORÓW
Podstawowa klasyfikacja bioindykatorów oparta jest na relacji zachodzącej między bodźcem, a wywołanym przez niego skutkiem. Dlatego też wyróżnia się:
• biomarkery – reagujące subkomórkowymi zmianami biochemicznymi,
• biowskaźniki regulujące – fizjonomiczne pokazujące stopień uszkodzenia zależny od presji działającego czynnika,
• biowskaźniki akumulujące – posiadające zdolność gromadzenia substancji we własnych tkankach,
• biowskaźnikowe skale gatunkowe – sporządzane w zależności od stopnia tolerancji ekologicznej na określony czynnik/substancje.
POROSTY – BIOINDYKATORY O NAJSZERSZYM ZASTOSOWANIU
Do badania zanieczyszczeń powietrza, największe zastosowanie mają porosty. O przydatności porostów podczas biomonitoringu świadczy ich odporność na wiele zanieczyszczeń kumulowanych w strukturze organizmu. Na podstawie rozmieszczenia przestrzennego wybranych gatunków, można w nawiązaniu do skali bioindykacyjnej ocenić stopień zurbanizowania, antropizacji, poziom zanieczyszczenia powietrza. Spośród metod wykorzystujących porosty do oceny zanieczyszczenia środowiska można wyróżnić 4 podstawowe grupy: (I) metody polegające na ocenie różnorodności oraz liczebności porostów, (II) metody anatomiczno-morfologiczne, (III) metody fizjologiczne, (IV) metody analityczno-chemiczne.
Największy walor bioindykacyjny wykazują porosty nadrzewne, tymczasem gatunki rosnące na pozostałych podłożach są do badań bioindykacyjnych wykorzystywane z reguły jedynie jako materiał pomocniczy, a czasem w ogóle pomijane. Wynika to z faktu, że porosty z innych podłoży, a szczególnie naziemne oraz naskalne, są w znacznej mierze uzależnione od składu chemicznego minerałów, na których rosną i które mogą w niwelować wpływ zanieczyszczeń. Przykładowo, liczne gatunki naskalne, które pospolicie rosną na betonie, tynkach i dachówkach, występują nawet w obrębie stref o bardzo wysokim stężeniu toksykantów, gdyż zawierające węglan wapnia podłoże ma zdolność buforowania kwaśnych zanieczyszczeń. Do podstawowych zalet porostów jako biowskaźników zanieczyszczenia środowiska należy zaliczyć:
• powszechność występowania – szacuje się, że obecnie blisko 10% powierzchni Ziemi pokryte jest porostami,
• sposób odżywiania – porosty substancje odżywcze pobierają bezpośrednio z otoczenia, tj. atmosfery i częściowo podłoża, dzięki czemu ograniczona jest wielowymiarowość oddziaływań, na przykład w porównaniu do roślin korzeniowych.
Co więcej, porosty są odporne na wiele rodzajów zanieczyszczeń kumulowanych w ich strukturze biologicznej, przy czym wyraźny jest próg tolerancji porostów na zanieczyszczenia, co zostało wykorzystane do opracowania popularnych „skal porostowych”, wiążących występowanie danych gatunków porostów z jakością powietrza na badanym obszarze. Stwierdzono, że zaburzenia homeostazy, spowodowane zanieczyszczeniem atmosfery, powodują w porostach wiele mierzalnych zmian: fizjologicznych, anatomicznych oraz morfologicznych. Ponadto porosty dzięki swoim właściwościom sorpcyjnym kumulują w strukturze śladowe ilości pierwiastków, często dowodzące o ich pochodzeniu, np. radionuklidy. Nie bez znaczenia jest fakt, że pozyskanie próbek porostów nie jest skomplikowane, są również łatwe do transportu oraz przechowywania.
ROLA OWADÓW W BIOINDYKACJI
Jednym z najszybciej rozwijających się kierunków oceny środowiska jest wykorzystanie wskaźników faunistycznych, a wśród nich na szczególną uwagę zasługuje zastosowanie chrząszczy. Owady należące do rzędu chrząszczy wykorzystywane są jako wskaźniki zmian warunków siedliskowych, głównie wynikających z obecności i działalności człowieka. Są one również używane przy ocenie obecności niektórych pierwiastków w glebie, np. siarki. Chrząszcze z rodziny biegaczowatych wykazują także wrażliwość na związki ropopochodne znajdujące się w środowisku naturalnym. W badaniach bioindykacyjnych zazwyczaj stosuje się chrząszcze saproksyliczne.
W bioindykacji wykorzystywane mogą być również mrówki, które gromadząc w swoich tkankach toksyczne substancje mogą służyć jako „monitory” w badaniach nad obecnością metali ciężkich w glebie. Jako bioindykatory sprawdzają się również skoczogonki, których wysoka przydatność do bioindykacji wynika z dużej wrażliwość na zmiany parametrów środowiskowych, małej siły dyspersji i osiadłego trybu życia, dzięki czemu lepiej odzwierciedlają warunki lokalne niż formy cechujące się większą ruchliwością.
