Спосіб прогнозування змін у водних екосистемах за дії природних і антропогенних чинників шляхом використання мікрокосмів з реєстраційними камерами

Реферат: Спосіб належить до гідроекології та екологічної фізіології, а саме до способів комплексного, системного визначення закономірностей структурної та функціональної організації біоценозів як основних компонентів біосфери; росту, розвитку і відтворення угруповань гідробіонтів різних трофічних рівнів, інтенсивності їх дихання та екскреції метаболітів за дії абіотичних і біотичних чинників, речовин токсичної дії. UA 87011 U (12) UA 87011 U UA 87011 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до гідроекології та екологічної фізіології, а саме до способів комплексного, системного визначення закономірностей структурної та функціональної організації біоценозів як основних компонентів біосфери; росту, розвитку і відтворення угруповань гідробіонтів різних трофічних рівнів, інтенсивності їх дихання та екскреції метаболітів за дії абіотичних і біотичних чинників, речовин токсичної дії. Для моделювання та прогнозування поведінки природних екосистем використовуються виділені з природи або штучно створені в умовах лабораторії спрощені екосистеми мікрокосми, абіотичні чинники в яких контролюються людиною. До завдань, що вирішуються за допомогою мікрокосмів, можна віднести: вивчення динаміки і кінетики росту водяних організмів; взаємодії видів; впливу чинників оточуючого середовища на функціонування і розвиток екосистем; випробування методів управління біоценозами тощо. У зв'язку з цим розробка підходів, які дозволяють відокремити екосистему як функціональну екологічну одиницю від гідросфери і дослідити зміни гідроекологічних та еколого-фізіологічних характеристик за дії абіотичних, біотичних чинників та речовин токсичної дії, має велике фундаментальне і прикладне значення. Відомі способи створення штучних екосистем: (Taub F.B. Measurement of pollution in standardized aquatic microcosms // Concerpts in marine pollution measurements / Ed. White H.H. University of Maryland. 1984 / P. 148-158), (1) мікрокосм, який з початку функціонування містить усі організми природної водойми, кількісний та якісний склад яких визначається випадком, а не дослідником, при цьому баланс системи підтримується за рахунок енергії світла; мікрокосм (Зилов, Е. А. Модельные экосистемы и модели экосистем в гидробиологии / Зилов Е.А., Стом Д. И. - Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та, 1992.-65 с) (2), при створенні якого використовуються чисті культури водяних організмів (бактерії, водорості, інфузорії, коловертки, дафнії та інші представники біоти), а абіотичні чинники контролюються людиною. Недоліком цих способів є те, що як на початковому етапі приведення мікрокосму до рівноважного стану, так і після його збурення (вплив чинника) дослідження процесів дихання (інтенсивності поглинання О2, виділення СО2) як одного з найважливіших характеристик обміну речовин практично неможливо, оскільки проведення будь-яких маніпуляцій за цих умов може істотно впливати на абіотичну і біотичну складову мікрокосму та вірогідність отриманих результатів. Відомий також спосіб визначення інтенсивності споживання О 2 і виділення СО2 за допомогою респіраторів різного типу (Жизнь пресных вод СССР / Под редакцией Павловського Е.Н. и Жадина В.И. - Т. IV, Ч. 2, 1959. - С.79-124) (3), (Spanopoulos-Hernandez M., MartinezPalacios С.A., Vanegas-Perez, R.C., Rosas С, Ross L.G. The combined effects of salinity and temperature on the oxygen consumption of juvenile shrimps Litopenaeus stylirostris (Stimpson, 1874) // Aquaculture.-2005. - V 244. - P. 341-348) (4), який включає розміщення водяних тварин у герметичній ємності з певним об'ємом води, в якому визначається вихідний вміст О 2 і СО2; подальше утримання тварин і повторне вимірювання зазначених показників для встановлення кількості спожитого О2 і виділеного СО2 (різниця між першим і другим вимірами), при цьому вихідна вода для заповнення респіратору знаходиться в резервуарі і аерується протягом певного періоду. Недоліком цього способу є те, що при його використанні можна вивчати вплив лише одного чинника, вилучивши дію інших; в період посадки до респіраторної камери тварини зазнають стрес, що негативно впливає на перебіг фізіологічних процесів; в респіраторній камері не підтримуються умови, в яких водяні організми утримувалися перед початком експерименту (щільність посадки, освітленість, фотоперіод, склад і властивості середовища та ін.). Слід відмітити, що при зміні величини хоча б одного з вищезазначених чинників у тварин одного виду, навіть однієї особини значно змінюється процес дихання (споживання О 2 і виділення СО2), що впливає на обмін речовин, достовірність результатів і практично унеможливлює використання цього способу у мікрокосмах. Задача, на вирішення якої спрямована корисна модель, що подається, - це використання штучно створеної екосистеми - мікрокосму з регульованими параметрами середовища, угрупованням гідробіонтів різних трофічних рівнів та реєстраційними камерами для тесторганізмів зі складової мікрокосму з метою проведення комплексної оцінки змін складу і властивостей водного середовища, популяційних характеристик, еколого-фізіологічного стану водяних організмів за дії природних і антропогенних чинників, здешевлення та спрощення контролю, оцінки та прогнозу екологічного стану водойм і водотоків. Суть способу полягає в тому, що це питання пропонується розв'язати за рахунок використання мікрокосму з регульованими параметрами середовища (температурним, газовим режимом, освітленістю, фотоперіодом та ін.), в якому розміщуються гідробіонти різних 1 UA 87011 U 5 10 15 20 25 30 трофічних рівнів та реєстраційні камери з оптимальним набором тест-організмів з біотичної складової мікрокосму, приведення мікрокосму до рівноважного стану, подальшого збурення (абіотичними, біотичними чинниками, речовинами токсичної дії) та вивчення змін складу і властивостей водного середовища, популяційних (морфометричні показники, швидкість росту і розвитку, відтворювальна здатність та ін.) і фізіологічних (інтенсивність поглинання О 2, + виділення СО2, екскреції NH4 ) характеристик для подальшого прогнозу екологічного стану водойм і водотоків за дії природних і антропогенних чинників. Приклад виконання способу При постановці експериментів способом, що заявляється, використовується мікрокосм з гідробіонтами різних трофічних рівнів (мікроорганізми, водорості, найпростіші, безхребетні, хребетні), система управління параметрами середовища (температура, газовий режим, освітленість, фотоперіод та ін.) та реєстраційні камери - прозорий циліндр з компенсатором тиску і пристроєм для взяття проб, обладнаний з обох сторін сітками і герметичними кришками, в якому розміщується оптимальний набір тест-організмів з біотичної складової мікрокосму. За встановлених параметрів середовища і рівноважному стані мікрокосму здійснюється його збурення (зміна солоності, трофо-сапробіологічних показників, вплив токсикантів тощо) та реєстрація змін, які відбуваються у водному середовищі, популяційних (морфометричні показники, швидкість росту і розвитку, відтворювальна здатність та ін.) і фізіологічних + (інтенсивність поглинання О2, виділення СО2, екскреції NH4 ) характеристик угруповань гідробіонтів. Крім біотичної складової мікрокосму, аналіз змін угруповань тест-організмів фіксується у реєстраційних камерах, які закриті сітками і сполучуються з навколишнім середовищем мікрокосму. Для цього встановлюються герметичні кришки, і на початку і в кінці експозиції здійснюється взяття проб води, після чого кришки знімаються до наступного виміру. Проведення комплексної оцінки структурно-функціональної організації біоценозів в мікрокосмі за дії природних і антропогенних чинників дозволяє моделювати процеси, які відбуваються в природних екосистемах, встановлювати шляхи їх захисту і відновлення. Використання способу, що заявляється, дозволяє адекватно оцінити і спрогнозувати екотоксикологічну ситуацію у водоймах і водотоках при антропогенному навантаженні, надає більш достовірну інформацію про стан гідробіонтів різних трофічних рівнів, їх адаптаційні можливості до змін оточуючого середовища, що не можливо отримати традиційними методами біотестування, біоіндикації і хімічного аналізу. Здешевлення, відносна простота реалізації, експресність і висока чутливість робить спосіб незамінним елементом запобігання процесам забруднення водних екосистем, надає можливість оцінки, контролю і прогнозування їх екотоксикологічного стану. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 1. Спосіб прогнозування змін у водних екосистемах за дії природних і антропогенних чинників шляхом використання мікрокосмів, який відрізняється тим, що у мікрокосмі з регульованими параметрами середовища та угрупованням гідробіонтів різних трофічних рівнів розміщуються реєстраційні камери з оптимальним набором тест-організмів з біотичної складової мікрокосму і за рахунок моделювання впливу абіотичних і біотичних чинників, речовин токсичної дії проводиться комплексна оцінка змін складу і властивостей водного середовища, популяційних характеристик водяних організмів, фізіологічного стану тест-об'єктів в реєстраційних камерах. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як реєстраційна камера використовується прозорий циліндр з компенсатором тиску і пристроєм взяття проб, обладнаний з обох сторін сітками і герметичними кришками. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2