Liczne zmiany, które są obecnie generowane w ekosystemach, spowodowane m.in. zanieczyszczeniem powietrza, wylesianiem lub eutrofizacją wód, powodują zmiany w różnych niszach ekologicznych planety. Dzięki organizmom bioindykatorowym można je określić ilościowo.
Zmiany te można analizować za pomocą metod fizykochemicznych, które zwykle dostarczają pewnych istotnych informacji. To, czego nie można uzyskać tą techniką, to informacja o tym, jak te zmiany wpływają na żywe istoty. W tym celu wykorzystywane są organizmy bioindykatorowe, a tutaj mówimy o nich wszystko.
Czym są organizmy bioindykatorowe?
Organizmy bioindykatorowe to wszystkie te żywe istoty i ich społeczności zdolny do reagowania na różne zmiany środowiskowe. Odpowiedzi te mogą być udzielane zarówno na poziomie fizjologicznym i behawioralnym, jak i poprzez akumulację zanieczyszczeń i dostarczają informacji o cechach ekologicznych środowiska lub wpływie powodowanym przez niektóre procesy.
Charakterystyka gatunku bioindykatora
Przed badaniem bioindykatorami konieczne jest przeprowadzenie wcześniejszej oceny w celu wyselekcjonowania organizmu, który najlepiej reaguje na rodzaj problemu środowiskowego, jego zasięg geograficzny i czasowy. W tym celu wykorzystywane żywe istoty muszą spełniać szereg wymagań, między innymi:
- Bądź szczególnie wrażliwy na zakłócenia różnych czynników środowiskowych i nie zginie przed nim.
- Bądź prosty w nauce i dobrze znany nauce.
- Występuje obficie we wszystkich możliwych siedliskach.
- Powinno być możliwe zmierzenie reakcji na stres.
- Musi być reprezentatywny dla całego ekosystemu, w największym możliwym stopniu.
Jeżeli jako bioindykatory stosuje się osobniki z określonej populacji, należy wziąć pod uwagę ich wiek i genotyp. Ponadto konieczne jest sprawdzenie, czy inne czynniki środowiskowe nie kolidują z badaniami i pomiarami. W tym celu można przeprowadzić badania fizykochemiczne środowiska.
Do czego służą gatunki bioindykatorów?
Organizmy bioindykatorowe są szczególnie przydatne w tych trzech sytuacjach: gdy nie można zmierzyć czynnika środowiskowego - na przykład w celu zrekonstruowania przeszłych czynników środowiskowych, znanych również jako paleo- w biomonitoringu – gdy wskazany czynnik jest trudny do zmierzenia – a czynnik środowiskowy jest trudny do zinterpretowania.
Dlatego bioindykatory stosuje się głównie w następujących przypadkach:
- Oceń działanie toksyn: Organizmy bioindykatorowe mogą być przydatne do przewidywania przyszłych szkód po toksycznym wycieku, a nawet często przedstawiają szkodliwe skutki substancji chemicznych z własną fizjologią.
- Oceń wpływ działalności człowieka: brak, obecność lub zmiany w niektórych gatunkach, gdy antropogeniczny wpływ ma na ekosystem, pozwala nam ocenić wpływ na tym konkretnym obszarze.
- Ostrzegaj o zmianach środowiskowych: czułość organizmów bioindykatorowych dostarcza wczesnych informacji o zmianach środowiskowych, umożliwiając przewidywanie możliwych konsekwencji określonego zdarzenia.
- Oceń bogactwo gatunkowe: złożoność ekosystemów i relacje troficzne często utrudniają ocenę zmian w bogactwie gatunkowym, ale dzięki bioindykatorom uzyskane dane można ekstrapolować na różnorodność środowiska.
Należy wziąć pod uwagę, że w wielu przypadkach pojedynczy gatunek, bez względu na jego reprezentatywność, nie może być ekstrapolowany na całą biotę danego miejsca. Należy to wziąć pod uwagę przy interpretacji danych.
Rodzaje organizmów bioindykatorowych
Bioindykatory możemy klasyfikować na wiele sposobów. Jednym z nich jest badane medium. Poniżej omówimy wszystkie możliwe organizmy o tych cechach.
Bioindykatory glebowe
Różnorodna działalność człowieka związana z planowaniem urbanistycznym i eksploatacją zasobów spowodowała wiele zmian i oddziaływań na glebę. W konsekwencji utracono siedliska, zmieniono hydrografię i erozję, a wiele podłoży zostało skażonych. W ocenie tych wpływów wyróżniają się trzy organizmy bioindykatorowe:
- Grzyby: Organizmy te są wykorzystywane głównie do badania radioaktywności gleby. Grzyby gromadzą radionuklidy w swoich tkankach, które mogą być następnie przenoszone do innych łańcuchów pokarmowych, takich jak gryzonie lub ludzie. Z tego powodu przeprowadzane są badania jakości ich tkanek, aby sprawdzić, czy mają akumulację radioaktywności.
- Roztocza: roztocza są liczne, reprezentatywne i łatwe do zebrania. Są wrażliwe na wiele zanieczyszczeń, a dzięki szerokiemu rozmieszczeniu geograficznemu umożliwiają łatwe porównanie reakcji w różnych ekosystemach. Zwykle są bardzo wrażliwe na środki owadobójcze, które powodują spadek populacji.
- skoczogonki: są jedną z najważniejszych grup fauny na ziemi. Ich duża liczebność, różnorodność, bogactwo gatunków i aktywność sprawiają, że są doskonałymi organizmami bioindykatorowymi. Narażenie tych organizmów na kwasy, metale ciężkie, związki azotowe i pestycydy powoduje ich zmniejszenie zarówno liczebności, jak i bogactwa gatunkowego.
Bioindykatory wody
Zanieczyszczenia antropiczne wpływają na rozmieszczenie i wzrost gatunków wodnych, oprócz czynników klimatycznych, geograficznych i symbiotycznych. Na tym froncie wyróżniają się następujące organizmy bioindykatorowe:
- Ryby: gdy zmienia się środowisko, w którym żyją, ryby mogą wykazywać zmiany etologiczne, morfologiczne, fizjologiczne, biochemiczne i molekularne spowodowane stresem generowanym przez warunki środowiskowe. Są bardzo wrażliwe na te zmiany, więc umierają lub znikają. Obecność pstrąga i łososia w rzece wskazuje na zdrowie ekosystemu.
- Płazy: zwierzęta te są bardzo wrażliwe zarówno na susze, jak i na wszelkie zanieczyszczenia. Ponieważ mają przepuszczalną skórę, zanieczyszczenia, kwaśne deszcze, nawozy i insektycydy są bardzo łatwo wchłaniane i gromadzą się w organizmie. Dlatego są jednym z pierwszych gatunków, które znikają, gdy zmienia się ich ekosystem.
- Owady: W obrębie makrobezkręgowców zamieszkujących wodę owady są jedną z najbardziej odpowiednich grup biologicznych do określania jakości systemu. Takie cechy jak wrażliwość na zanieczyszczenia, szybkie reagowanie na zmiany oraz wykorzystanie praktycznie wszystkich dostępnych siedlisk czynią z nich świetną grupę badawczą.
Bioindykatory powietrza
Zanieczyszczenie powietrza jest obecnie jednym z największych problemów środowiskowych. Możliwość sprawdzenia jakości powietrza jest niezbędna, aby prawidłowe funkcjonowanie ekosystemów i zdrowie ludzi. Niektóre wykorzystywane organizmy bioindykatorowe to:
- pszczoły: pszczoły są kluczowymi gatunkami w ekosystemach. Różne badania wykazały, że pokazują one skutki zmiany klimatu i fragmentacji siedlisk. Ponadto służą do monitorowania obecności zanieczyszczeń środowiska, metali ciężkich, radioaktywności, odpadów i zanieczyszczeń przemysłowych, pestycydów i herbicydów.
- Porosty: porosty to symbiotyczne związki między glonem a grzybem. Ponieważ większość składników odżywczych czerpią z atmosfery, są bardzo wrażliwe na zmiany w powietrzu. Jedną z głównych przyczyn zaniku jest dwutlenek siarki, który powoduje zakwaszenie środowiska.
- Gekony lub gekony: te gady są dobrymi organizmami bioindykatorowymi, ponieważ mają tendencję do gromadzenia toksycznych substancji z powietrza, pochodzących głównie z ich diety. Niektóre z tych pierwiastków to m.in. Cd, Se, As, Pb. Ponadto na terenach skażonych zwykle występuje mniejsza liczebność osobników ze względu na spadek płodności.
Przykłady bioindykatorów
W zależności od różnych zastosowań bioindykatorów możemy wyróżnić trzy kategorie:
- Bioindykatory ekologiczne- Gatunki, o których wiadomo, że są wrażliwe na zanieczyszczenia, fragmentację siedlisk lub inne stresy. Odpowiedź wskaźnika jest reprezentatywna dla społeczności.
- Bioindykatory środowiskowe: gatunek lub grupa gatunków, które reagują w sposób przewidywalny na zakłócenia lub zmiany środowiskowe.
- Bioindykatory bioróżnorodności: Bogactwo gatunkowe taksonu wskaźnikowego jest wykorzystywane jako wskaźnik bogactwa gatunkowego społeczności. Może to być również poprzez mierzalne parametry różnorodności, takie jak endemizm, parametry genetyczne lub określone parametry populacji.
Wiele organizmów bioindykatorowych może być wskaźniki ekologiczne, środowiskowe i bioróżnorodności jednocześnie, więc nie są to kategorie ekskluzywne. Zobaczmy kilka konkretnych przykładów, aby zamknąć temat.
Wydry
Te mięsożerne ssaki z rodzinyłasicowate Mieszkają praktycznie na całym świecie. Żywią się głównie rybami i skorupiakami, są więc jednym z głównych drapieżników ekosystemów wodnych.
Udowodniono, że gdy ekosystem jest mocno zaburzony, wydry opuszczają swoje terytorium. Może to być również związane z obniżeniem lub utratą jakości żywności.
Ponadto przeprowadzono badania w kale, aby sprawdzić ilość metali ciężkich i innych substancji, które mogą trafić do organizmu z powodu bioakumulacji w łańcuchu pokarmowym. Odchody te są w stanie w dość precyzyjny, prosty i szybki sposób odzwierciedlić jakość wód, w których żyją wydry.
Chrząszcze
Owady te mogą być świetnymi organizmami bioindykatorowymi. W zależności od rodziny i gatunku mogą dostarczyć nam różnych istotnych informacji o ekosystemach.
Chrząszcze gnojowe – żywiące się odchodami – są bardzo wrażliwe na fragmentację i przekształcenia lasów. Z kolei mogą również pomóc w ocenie procesów odtwarzania ekosystemów.
Chrząszcze skolitynowe (Scolytinae) są ważnym szkodnikiem – żywią się drzewami iglastymi – który pojawia się w przypadku przedłużających się okresów suszy w ekosystemie. Owady te mogą przewidzieć zmianę środowiska spowodowaną zmianą klimatu i możliwym pustynnieniem. Oprócz tego istnieje wiele gatunków, które pojawiają się z suszą.
Innym dobrym przykładem są chrząszcze alpejskie, bardzo wrażliwe na zmiany temperatury i często endemiczne. Chrząszcze te zwiększają wysokość wraz ze wzrostem temperatury lub w przypadku chrząszczy wodnych może to doprowadzić do ich zaniku.
Ptaki
Według Pozycjonowanie ptakówptaki są doskonałym narzędziem do oceny różnorodności i integralności ekosystemów na całym świecie. To dlatego, że szybko reagować na zmiany w łańcuchu pokarmowym lub zmiany w ich fizycznym środowisku.
Dobrze zbadanym przykładem – związanym z łańcuchem pokarmowym – są ptaki związane z terenami podmokłymi. Wraz z jedzeniem, które spożywają, jeśli znajdzie się w skażonych obszarach, w organizmie gromadzą się metale ciężkie i inne toksyny.
Zwiększenie zrozumienia i badania bioindykatorów jest niezbędne, aby móc: chronić i korygować zmiany, które mogą wystąpić w ekosystemach. Te żywe istoty pozwalają nam mniej lub bardziej szybko i skutecznie zobaczyć degradację środowiska, ale także wprowadzać ulepszenia w ekosystemach, które pozwalają chronić planetę.