Transcript Bioindikatori 8.ppt

Биоиндикатори- предавање 8
8. Рибе као биоиндикатори
- током последњих 150 година, водени системи широм света су
били под дејством различитог, великог броја антропогених
утицаја
- људске активности могу да измене физичке, хемијске или
биолошке процесе који су повезани са воденим телима и да на
тај начин утичу на биолошку заједницу која у таквом простору
живи
- Karr (1991) је идентификовао пет главних врста фактора у
животној средини који резултирају деградацијом екосистема
1. Извор хране и/или енергије: тип, количина, величина честица
органског материјала, сезонске измене у количини доступне
енергије
2. Квалитет воде, тј. количина растворног кисеоника, хранљивих
али и штетних сусптанци
3. Режим тока: ниски водостаји, поплаве и сл.
1
Биоиндикатори- предавање 8
4. Структура станишта: тип субстрата, морфологија самог корита,
повезаност воденог тела са другим воденим телима
5. Биотичке интеракције: компетиција, паразити
- у највећем броју случајева, биолошке заједнице су прецизни и
поуздани индикатори стања водених система
2
Биоиндикатори- предавање 8
- подложне су свим хемијским и физичким утицајима, укључујући и
њихово испољавање кроз адитивне и синергијске ефекте
- у овом контексту, рибе играју важну улогу као биоиндикатори
- такође и у покушајима да се управља воденим ресурсима и у
лимнолошким истраживањима
- чињенице да рибе живе у одређеним зонама дуж речног тока, и
коришћење њихове зонске расподеле су примери неких од
првих биоиндикаторских примена риба (Fritsch 1872,
Thienemann, 1912, 1925)
- традиционално, рибе су коришћене и за класификацију
различитих врста стајаћих вода
- на природу фауне у стајаћим водама утичу, као што смо видели, и
трофички статус, кисеонична стратификација, ниво
развијености обалске флоре и фауне, као и природа самог
корита
3
Биоиндикатори- предавање 8
4
Биоиндикатори- предавање 8
- постоји више разлога због којих су рибе широко коришћене
приликом описивања природних карактеристика водених
система и евентуалних измена у станишту
1. Дуга традиција еколошких, физиолошких и екотоксиколошких
истраживања риба је довела до довољне количине
информација о неопходним условима у ж.с. за опстанак
одређених врста риба
2. Велики број абиотских променљивих које се у простору
разликују, а важне су за животну средину, су повезане са
стањем станишта, самим тим и са животом и опстанком риба
3. Пошто су миграторни организми, рибе могу да укажу на
повезаност или фрагментацију станишта са становишта
животне средине
- тако родови Clupeidae и Acipenseridae мигрирају и више од 300 km
дуж Дунава, док врсте карактеристичне за горњи ток Дунава
попут Barbus Barbus (мрена) и Chondrostoma nasus (скобаљ) не5
мигрирају више од 50 km
Биоиндикатори- предавање 8
- захваљујући величини риба и њихових органа, велики број
различитих аналитичких процедура може да се примени, а
патолошки резултати показују утицај загађења и јавности и
научној заједници
- рибе релативно дуго живе, могуће је, стога, пратити и
акумулационе ефекте
- пошто су и примарни и секундарни конзументи у ланцу исхране,
могуће је пратити велики број различитих појединости везаних
за ланце исхране
- могућа је реконструкција и стања екосистема у прошлости,
захваљујући постојању историјских информација
- рибарство и спортски риболов имају дугу историју, а рибе играју
важну улогу као индикатор квалитета вода, како су важне као
храна, стање рибљих заједница је важан фактор у одржавању
водених ресурса
6
Биоиндикатори- предавање 8
- биоиндиковање уз коришћење риба често задовољава
критеријуме и bottom-up приступа (користе се лабораторијски
подаци за моделовање промена у комплексним природним
системима) и top-down приступа (промене се карактеришу и
открива извор проблема на основу мерења у животној
средини)
- број врста риба је релативно мали и врсте се веома лако
идентификују у природи
- биоиндиковање засновано на рибама у принципу задовољава
критеријуме на основу којих се процењује валидност
биомониторских програма:
1. Осетљивост према факторима стреса: распон одговора мора
бити прикладан за намењену примену, фактори различите
снаге би, идеално, требало да узрокују различите реакције
2. Распон реакција мора бити осетљив у односу на факторе у
животној средини и услове у којима се одвија експеримент
7
Биоиндикатори- предавање 8
3. Методе које се примењују би требало да буду примењиве за што
је могуће више локација и фактора стреса
4. Добијени резултати би требало да буду репрезентативни за што
је могући већи број водених живих бића
5. Неопходно је да се информације добијају релативно брзо, како
би постојала могућност за брзо предузимање акције
6. Коришћење стандардизованих метода је неопходно како би се
добили што је могуће репрезентативнији резултати
7. Биоиндикатори би требало да буду трошковно оправдани за
узгајање, сакупљање и анализу
8. Коришћење биоиндикатора би требало да буде могуће у
локалним, регионалним и континенталним размерама
8
Биоиндикатори- предавање 8
- биоиндикатори би требали да буду из једне од три група:
1. Они који служе за контролу тренутно постигнутог, углавном
нормалног стања
2. Они који служе за дијагностиковање промена и утврђивање
разлога због којих је до промена дошло
3. Они који служе као индикатори раног упозорења, како би се
предузеле мере којима би се спречило даље нарушавање
животне средине
- у многим биоиндикаторским програмима рибе које се користе
задовољавају критеријуме све три групе
- биоиндикатори, а поготово дугоживећи организми као сто су рибе,
су осетљиви према утицајима које комплексне смесе
хемикалија могу имати на специфични водени систем
- оне заправо, због своје покретљивости, у себи интегришу утицај
који постоји кроз време на више различитих локација или зона
9
Биоиндикатори- предавање 8
- загађивачи обично узрокују више врста промена и одговора у
организмима од ћелијских и биохемијских, све до оних на
нивоу понашања, раста и репродукције
- у случају ниске концентрације загађивача и временски ограничене
изложености риба, долази до промена на биохемијском,
подћелијском нивоу
- обично организми налазе начин како да се са овим променама
изборе, како да их компензују, па не долази до видљивих
промена
- ако дође до изложености вишим концентрацијама или дуже
изложености, може да дође до низа функционалних и
структурних промена које угрожавају виталне функције
- концентрације одређених загађивача у ткивима су одлично
мерило оптерећености воде самим загађивачима
- оне, међутим, обично не указују на физиолошке и последице по
екосистем
10
Биоиндикатори- предавање 8
- већина техника које се примењују у биомониторингу рибама
показује различите врсте одговора на стрес, које су мање или
више генералне, па не указују на посебног загађивача
- стални стрес, чак и умерен, утиче на хормонске и биохемијске
процесе и доводи до појачаног метаболизма, имуносупресије,
измењене осморегулације, оштећења ткива и измена у режиму
репродукције
- ниска специфичност одговора на стрес није само мана
- предност је у томе што се даје одговор на питање какво је
генерално стање, тј. укупна оптерећеност загађивачима неког
воденог тела
- за практично коришћење, методе које се примењују морају бити
такве да на њих стрес који изазива хватање рибе никако не
утиче
- биолошки параметри који се мере морају бити добро изучени
11
- мора се знати утицај различитих фактора мимо загађивача на њих
Биоиндикатори- предавање 8
- подаци о рибама који се комерцијално лове такође морају да се
пажљиво анализирају
- оне могу бити оптерећене нпр. геогеним металима који нису
последица загађивања
- концентрације загађивача у рибљим ткивима зависе од сорпције,
акумулације и излучивања
- код риба су значајна два механизма сорпције, први директно из
воде, код слатководних риба готово искључиво преко шкрга,
код слановодних углавном кроз шкрге, а мањим делом кроз
пијење воде, и други, орално, преко загађене хране
- хидрофилни молекули, осим ако су веома мали, тешко могу да уђу
преко шкрга
- липофилни, међутим, могу да прођу практично преко свих
мембрана
- релативно мала растворљивост кисеоника у води захтева велику
12
површину за дисање, и велику брзину упумпавања воде
Биоиндикатори- предавање 8
13
Биоиндикатори- предавање 8
14
Биоиндикатори- предавање 8
Инхибиција ензимских активности
Дехидратаза δ аминолевулонске киселине (ALA-D)
- ALA-D кондензује два молекула аминолевулонске киселине са
једним молекулом порфобилиногена, састојка хемоглобина и
ензима који садрже хем, а учествује у детоксикацији
- цитохроми, каталазе, пероксидазе
15
Биоиндикатори- предавање 8
- ALA-D активност у еритроцитима је изразито осетљива и веома
специфична за тровање неорганским оловом
- знатно токсичније органско олово, међутим, веома мало утиче
- симултане анализе активности ALA-D и олова у крви могу дати
важну информацију о количини алкил-олова у ж.с.
- има га знатно, ако су велике концентрације олова у крви, а мала
инхибиција ALA-D
- иако је ALA-D веома осетљива на загађење неорганским оловом,
чак и смањење активности за 50% не доводи до анемије
- вероватан разлог одсуства анемије- велике резерве овог ензима
- “уобичајена” ALA-D активност може знатно да се разликује од
врсте до врсте, и унутар исте врсте да се разликује у
зависности од величине организма
- активирају је цинк и тетрахлоро-1,2-бензохинон, компонента
отпадних вода фабрика папира које користе избељиваче
16
Биоиндикатори- предавање 8
Ацетилхолинестераза (AchE)
- AchE има кључну функцију у преношењу нервних импулса
- инскетициди, пре свега органофосфати и карбамати, али и
токсини плавозелених алги инхибирају активност овог ензима
- рибе умиру када је 70-80% активности овог ензима блокирано
- највећа активност AchE и највећа осетљивост према инхибицији
су нађени у мозгу, али не подједнако у свим његовим деловима
- осетљивост према инхибицији је специфична за сваку врсту
појединачно
- мишићи и крв су такође погодни и коришћени за анализе
активности овог ензима
17
Биоиндикатори- предавање 8
Хистологија
- повећани нивои протеина стреса и детоксификационих система су
типичан одговор организма који изложен загађивању
- промене на молекулском нивоу се догађају брзо и не
подразумевају неопходно нарушавање ћелијских функција
- измене на структурном нивоу, ипак, показују постепени утицај на
метаболизам, од адаптивних до дегенеративних процеса
- могуће озбиљне последице по живот риба
- због ограниченог броја могућих структурних измена- одговора
ћелија и органела, хистопатолошке измене сматране
неспецифичним
- јесу такве, али доводе до специфичних измена физиолошких
функција
- доказано је да, барем на ултраструктурном нивоу, загађивачи
индукују веома специфичне ћелијске промене
- знање о овим одговорима ограничено на ограничени број загађ.
18
Биоиндикатори- предавање 8
- како су рибе често суочене са више загађивача истовремено,
ситуација је обично компликована
- за разлику од аналитичких метода, већина хистопатолошких
анализа је описна
- број семиквантитативних и квантитативних анализа је мали
- шкрге, јетра и бубрези су најчешће хистопатолошки испитивани
органи
- ови органи бивају измењени, оштећени и приликом инфекција
бактеријама, вирусима и паразитима
- неопходно имати одличну процену здравственог стања риба, како
би се разлучили ефекти загађивача
- како ткива деградирају врло брзо након смрти рибе, поготово при
високим температурама, само се узорци свеже убијених риба
могу користити при хистопатолошким анализама
- поготово је рад са шкргама, са овог становишта, деликатан
19
- шкрге имају велику,пропусну површину,директан контакт са водом
Биоиндикатори- предавање 8
- због тога су високоосетљиве према токсикантима и главно место
за њихово сорбовање
- приликом акутних излагања високим концентрацијама загађивача,
често бивају први и највише оштећени орган
- љушћење и некроза шкрга су типичан одговор и на акутну и на
хроничну изложеност загађивачима
- у случају хроничних ефеката, долази до смањења површине којом
рибе могу да дишу
- долази и до раста броја ћелија које могу да произведу мукус, који,
између осталог, “заробљава” токсиканте, па они бивају одмах
уклоњени
- јетра има велики дијагностички значај
- није само кључни орган за основни метаболизам риба, већ и
главно место биотрансформације, акумулације и елиминације
токсиканата
- озбиљне патолошке измене узрокују токсиканти и болести
20
Биоиндикатори- предавање 8
- то могу бити хепатитички процеси, некрозе и фиброзе
- рибља јетра је најосетљивији орган према карциногеним
загађивачима (хепатион и холангиом)
21
Биоиндикатори- предавање 8
Хематологија
- свака врста акутног стреса доводи до моменталног лучења
хормона стреса (катехоламини, па кортикостероиди)
- долази до генералне активације целокупног метаболизма
- стога и до бољих шанси да се опстане у екстремним ситуацијама
- продужени стрес, међутим, доводи до осмотског дисбаланса,
исцрпљења и имуносупресије
- коришћење хематолошког одговора на стрес као биомаркера за
акутну или хроничну интоксикацију је ограничено
- разлог: тешко разлучити ефекат загађивача од ефекта стреса који
изазива хватање дивљих риба
- само неколико минута након стреса долази до значајног раста
концентрације глукозе и лактата, као и броја и запремине
црвених крвних зрнаца
- спорији, каснији одговори укључују раст броја незрелих
еритроцита излучених из еритропоетинских ткива
22
Биоиндикатори- предавање 8
- такође и смањење броја лимфоцита
- високи број неутрофилних гранулоцита је пре знак болести, него
загађења
- прикладни биомаркери су више независни од акутног стреса и
укључују анемију и деформације еритроцита
23
Биоиндикатори- предавање 8
Ендокрини диструптори
- многе природне и синтетске супстанце утичу на промене
секундарних сексуалних карактеристика
- утичу и на плодност
- ове супстанце имитирају или блокирају рад хормона, утичу на
њихову синтезу, метаболизам и транспорт
- отпадне воде из домаћинства и индустрије могу да садрже читав
низ различитих дисруптора
- нпр. природни и синтетски естрогени који потичу из антибеби
пилула, природни фитостероли из индустрије папира,
алклифеноли (нејонски сурфактанти), органохлорна једињења
(PCB)
- многе од ових супстанци су стабилне у животној средини, а могу
да имају и добра акумулациона својства
- отпадне воде обично садрже мешавину супстанци сличних
хормонима
24
Биоиндикатори- предавање 8
- овакве смесе ће имати тешко предвидиве адитивне или
синергијске последице на репродукцију риба
- специфични одговор сваке рибе на појединачне дисрупторе ће
зависити од времена изложености, концентрације, али и
развојног стадијума рибе у коме се дејство десило
- поготово осетљиве јединке у ембрионалној фази развоја
- ефекти на репродуктивну моћ у таквим случајевима јесу значајни,
али се одложено опажају и могу бити годинама неопажени
- индукција вителогенина код мушких јединки, анализирана
антителима у крвној плазми, је најосетљивији индикатор за
присуство ендокриних дисруптора
- вителогенин је протеин прекурсор код жуманца синтентисаног у
јетри под контролом естрогена
- овај процес се нормално не одиграва код мужјака
- нађено је in vitro да се синтеза вителогенина спречава у присуству
полицикличних и халогенованих ароматичних угљоводоника 25
Биоиндикатори- предавање 8
- алтернативни биомаркери за ендокрине дисрупторе у рибама
укључују измене секундарних сексуалних карактеристика, или
појаве сексуалних карактеристика оба пола
- могуће утврдити након сецирања, или након још суптилнијих
хистолошких техника
- гонадосоматски индекси(смањени раст тестиса)или јетросоматски
индекси (повећана релативна тежина јетре), као и однос броја
мушких и женских јединки су други осетљиви индикатори
- нису претереано специфични, могу да зависе и од других фактора
у животној средини
- иако је повећани број женских примерака (феминизација)
најчешћи ефекат, многе супстанце интерагују са андрогеним
рецепторима
- резултат је маскулинизација женских примерака
- ефекат загађивача на рецепторе тироидних хормона није добро
истражен
26
Биоиндикатори- предавање 8
Морфолошке аномалије
- повећани број деформисаних ларви може индиковати присуство
тератогених супстанци, често без икаквих видљивих ефеката
на одрасле рибе
- као последица, рибљој популацији се, без очигледног разлога,
смањује број
- селен, елемент који се акумулира у рибљем ланцу исхране пре
свега услед људских активности, је један од елемената који
доводи до масовног смањења броја јединки
- претпоставља се да је један од главних криваца за пад броја риба
у неким регионима
- већина морфолошких промена на рибама је видљива преко
различитих измена на скелету
- супстанце које утичу на неуромишићне фукције (цинк,
органохлорни пестициди), могу такође да доведу до
деформација леђних мишића и ломљења костију
27
Биоиндикатори- предавање 8
- деформације које не узрокују загађивачи су резултат механичких
повреда или недостатка витамина С
- морфолошке аномалије су лако установљиви индикатори промена
у развоју или генетских промена
- у зависности од озбиљности деформација, ларве ће брзо
нестајати из популације
- то ће бити последица природне смртности, грабљивица и
компетиције, која може да маскира утицај загађивача
- тзв. “флуктуациона асиметрија”, девијација у односу на уобичајену
симетрију у иначе симетричним организмима, је такође сигнал
за развојну нестабилност
- ова нестабилност може бити узрокована загађењима
- женке поточастог грегорца (Culaea insonstans) са симетричним
грудним перајима излегу око 15% више јаја од оних са
асиметричним
28
Биоиндикатори- предавање 8
- код риба, ипак, недовољно података како би се флуктуациона
асиметрија успоставила као чврст индикатор загађења
29
Биоиндикатори- предавање 8
Активни биомониторинг
- екотоксиколошки лабораторијски експерименти под
контролисаним условима дају вредне резултате о фонским
концентрацијама, биолошким одговорима специфичним за
одређену дозу (од молекулског до нивоа екосистема),
процесима детоксикације, механизмима адаптације и
изменама токсичности за које су одговорни услови у ж.с.
- иако постоји читав низ података о сублеталним ефектима
загађивача, тешко је предвидети резултате загађења у
природи, када су јединке изложене низу утицаја
- код испитивања у природи, додатан проблем представља
мобилност риба, индивидуална историја, самим тим и дужина
изложености неком утицају
- активни биомониторинг са рибама се одвија у кавезима, где се
паралелно прате промене на контролном месту и локацији која
се испитује
30
Биоиндикатори- предавање 8
- овом методом се комбинују предности лабораторијских и
теренских испитивања
- проблеми су могуће уништавање кавеза услед олуја, поплавих
таласа и сл.
- у рибама које су осетљиве на стрес, попут рецимо лососа,
имуносупресија настала као последица стреса, уз огреботине
настале трењем о ивице кавеза, које као последицу могу да
имају развој гљивичних инфекција, доводе до морталитета
- како се рибе у кавезима обично хране вештачком храном
(пелетима), искључена је могућност уношења токсиканата
храном
- због свега наведеног, резултати се морају озбиљно анализирати
пре извођења закључака, како би се изузели они узроковани
социјалним стресом и повредама
- коришћење риба као сензора је преоручљиво за активни
мониторинг квалитета индустријских и пијаћих вода
31
Биоиндикатори- предавање 8
- поготово када су потребна брза упозорења услед краткорочних
промена
- тестирање обично подразумева систем кроз који тече испитивана
вода у коме се налази део у коме се спроводи експеримент и
уређаји који мере специфичну физиолошку или другу
активност риба
- биолошки одговор се претвара у електронски сигнал који даје
податке на основу којих се прави разлика између нормалног и
загађеног стања
- често алармни систем даје упозорење да је дошло до измењене
ситуације
- системи за контролу пулса, локомоторних особина, учесталост
кашља итд. су до сада коришћени
- ови методи су осетљиви за краткотрајна мерења, проблематични
су за дуготрајна мерења
32
Биоиндикатори- предавање 8
33
Биоиндикатори- предавање 8
- разлог: тешко разликовати промене до којих долази услед читавог
низа разлога, од оних који настају због загађивача
- неке методе, попут неинвазивног мерења вентилације шкрга или
брзине пулса не дају стабилни биоелектрични сигнал
дугорочно
Макропаразити као индикатори загађења
- тешки метали играју важну улогу као супстанце које утичу на
водене организме
- често се испитује њихов утицај на рибе
- занемарује се утицај сублеталних концентрација загађивача на
однос риба-паразит и сам паразит
- број студија о тешким металима у рибама и њиховим паразитима
је у задње време јако порастао
- већина студија о утицају на заједнице паразита у поређењу са
рибама-домаћинима, или само о утицају на паразите
34
Биоиндикатори- предавање 8
- доказано да акантоцефанали акумулирају велике количине олова
и кадмијума, па могу бити коришћени као осетљиви индикатори
загађења овим металима у воденим срединама
- постоји неколико критеријума који морају бити испуњени да би
паразити могли да се користе као монитори, и да би били
упоредиви са другим организмима
- риба-домаћин мора бити доступна и присутна у великим
количинама, паразити, без обзира на дистрибуцију, морају
бити доминантно присутни на једној врсти риба, морају бити
лако препознатљиви, њихово уклањање мора бити
једноставно, информације о екологији и биологији рибедомаћина и паразита морају бити доступне
35