Поведение насекомых — основа экологического биотестирования

Класс насекомых по праву считается самым многочисленным и многообразным по числу представленных видов в биосфере. Обладая относительно небольшим периодом индивидуальной жизни от месяца до нескольких лет, насекомые способны в большей степени, чем другие животные, видоизменяться и адаптироваться. По моему глубокому убеждению, если бы наши знания о поведении насекомых были достаточно полными, то практически все антропогенные изменения окружающей среды и прогноз последствий этих изменений можно было бы осуществить на основе биотестирования насекомых. Так нарушение трофического поведения гусениц тутового шелкопряда отмечено при воздействии фтора. Изменение роющей активности муравьев Formica polycten при действии пестицидов коррелирует с их выживаемостью. При действии инсектицидов наездники-бракониды перестают откладывать яйца в тела тлей, а совершают чистящие движения (Козлов, 1992). Общее физиологическое состояние организма насекомого, определяемое по общему количеству гемоцитов, хорошо коррелирует с загрязнением сернистым ангидридом и тяжелыми металлами.

В ряде случаев наблюдается повышение устойчивости насекомых к инфекционным заболеваниям. По данным В.С. Бирга, гусеницы соснового шелкопряда в зоне среднего антропогенного загрязнения оказались в 2 раза более устойчивыми, чем гусеницы из чистых местообитаний. Наблюдалось также отсутствие летней диапаузы у жужелиц Nebria brevicolor в зоне загрязнения тяжелыми металлами. Нарушение коммуникационного поведения сообществ насекомых: муравьи, пчелы, отмечалось при повышении содержания соединений меди, цинка, хрома, соли ртути, кадмия, свинца. Поэтому отсутствие муравейников в типичных биоцинозах может быть использовано при биотестировании тяжелых металлов. В то же время лесные муравьи активно питаются иксодовыми клещами, которые, в свою очередь, являются разносчиками энцефалита и болезни Лайма в Сибири и на Дальнем Востоке.

Обычно радиус действия охотничьих троп лесного муравейника — 50–100 м. С большой уверенностью можно считать, что в этом же радиусе практически отсутствуют самые страшные для городского человека «звери» тайги — клещи. На территории муравейников можно безбоязненно устраивать пикники, привалы, разбивать палатки, но при этом не следует тревожить муравьиную жизнь — жизнь этого удивительного лесного народа.

Достаточно широкое распространение получило использование меда и прополиса для определения концентрации в них тяжелых металлов и других токсических соединений. Беря пробы меда и прополиса в различных регионах, можно составить достаточно подробную карту загрязненности интересующего нас района, а также осуществлять мониторинг экологического состояния окружающей среды.

Переменное электрическое поле линий электропередачи и подстанций при напряженности 10 кВ/м и выше изменяет траекторию полета крупных насекомых: стрекоз, бабочек. У бабочек в результате наведенного при действии электрического поля электростатического заряда при полете через ЛЭП СВН в непосредственной близости от проводов наблюдается эффект «схлопывания». В результате они падают на землю, «разряжаются» и вновь порхают, правда, при этом стараются не подлетать к проводам (Орлов, 1990).

Биоиндикационные реакции позвоночных

Животных

Рыбы. Наиболее чувствительной формой поведения рыб при изменении физико-химических свойств водоемов является нерестовая миграция промысловых рыб: лосося, сига, осетра, стерляди, муксуна, хариуса. Известно, что наиболее ценные породы рыб мечут икру в чистой воде при максимальной концентрации в воде кислорода. Ориентация к месту нерестилищ происходит у рыб с помощью органов боковой линии и химических рецепторов. Естественно, что всякое химическое и электромагнитное загрязнение рек и озер нарушает нерестовую миграцию рыб. Так, в Томской области в результате активной добычи нефти и загрязнения рек, по данным А.Н. Гундризера, нарушена сезонная миграция осетровых. Полупроходная рыба муксун поздней осенью проходила на нерест в реки Томь, Чулым и другие малые реки. Регулярные сбросы в Томь токсических веществ, включавших фенолы и другие органические соединения, промышленностью Кемеровской области привели к загрязнению реки Томи и отсутствию нерестовых косяков муксуна. Муксун стал нереститься в низовьях рек Томи и Оби. Перестроечная волна закрытия предприятий значительно снизила количество сбрасываемых токсических веществ в реку Томь. И в течение 1993–1997 гг. наблюдается увеличение численности нерестящихся косяков муксуна в Томи. Аналогичная ситуация наблюдается и в некоторых малых реках Кемеровской области, в которых за последние пять лет появились не встречавшийся там более 30 лет хариус, таймень и речная минога.

Современное строительство нефтепроводов и газопроводов, пересекающих речные бассейны, и сопутствующая им антикоррозийная электрохимическая защита трубопроводов, подающая на поверхность трубы электростатический потенциал: 8–36 В, а в случае появления коррозии и ток, равный 2 А, также препятствуют нерестовой миграции рыб. По нашим данным, в области нефтепровода наблюдается задержка сезонной и нерестовой миграции: для стерляди — в 2–3 раза, для муксуна — в 3–6 раз. По данным А.В. Яблокова, электрические поля пересекающих Волгу высоковольтных линий электропередачи также нарушают миграцию осетровых рыб. Экспериментальные исследования показали, что незначительное количество ДДТ и хлорофоса вызывает угнетение дыхания и авитаминоз у беспозвоночных гаммарид и рыб. Сотрудниками МГУ разработана методика контроля качества воды при фенольном загрязнении, основанная на характерном изменении поведения рыб. При использовании в качестве индикатора рыб Мicropterus salmoiles регистрировались в воде концентрации ртути — 0,05 мг/л, меди — 0,05 мг/л, кадмия — 0,2 мг/л, фенола — 0,5 мг/л, аммония — 1 мг/л, цианидов — 0,05 мг/л. Значительное повышение загрязненности водоемов органическими отходами тяжелых металлов и радионуклидами приводит к изменению морфологии организма рыб. Наиболее значительные изменения наблюдаются в плавниках рыб, особенно в спинном плавнике. По данным Т.В. Юраковой (1998), в спинном плавнике, как правило, происходит сокращение числа отростков — у гольяна в реке Казанке Томской области, но иногда наблюдается и увеличение. Интересную трансформацию, по данным тех же авторов, претерпел карась, обитающий в речке с повышенной радиоактивностью в г. Северске. Как известно, караси — гермафродиты, т.е. у них имеются и женские и мужские половые органы, однако, начиная с 1990 г., в речке регулярно отлавливают разнополых карасей.

Земноводные и пресмыкающиеся. Предки всех сухопутных позвоночных — лягушки, жабы, тритоны, змеи, ящерицы, полозы, черепахи и крокодилы, наверное, в большей степени, чем остальные виды, подвергались отрицательному антропогенному влиянию. И почти повсеместно взяты под формальную или реальную охрану. Сокращение их мест обитания отрицательно сказывается на численности их популяций и видовом разнообразии. Поэтому само наличие этих представителей в природной среде можно рассматривать в качестве индикатора относительного экологического благополучия. По данным американских исследователей, полициклические ароматические углеводы (ПАУ), попадающие в водоемы с нефтью, у хвостатых амфибий (Ambistoma trigrinum) вызывают в коже новообразования и цисты.

Так, по данным В.Н. Курановой (1992 г.), в рай-оне г. Северска Томской области морфологические уродства у сеголеток остромордой лягушки достигают 34–46%. Наиболее выраженные аномалии в развитии амфибии отмечаются в районе впадения водного сброса радиохимических отходов в р. Томь — Чернильщиково: необычная пигментация кожных покровов ~ 2%; врожденные уродства конечностей — отсутствие части или всей передней и задней конечности ~ 4% ; повышенная васкуляризация кожи животных ~ 45%, выражающаяся в расширении капилляров и мелких сосудов, множественные кровоизлияния под эпидермисом амфибий и т.д. В качестве одного из эмбриотропных биотестов достаточно часто используется икра амфибий, позволяющая в зависимости от стадии ее созревания по количеству отклонений и уродств оценивать степень антропогенного воздействия на наблюдаемую популяцию. В большей степени поведение рептилий используется при прогнозировании стихийных бедствий: оползней, наводнений, землетрясений. В исследованиях китайских и казахстанских ученых собран обширный материал по миграциям рептилий, нарушению их зимней спячки и другим изменениям в поведении животных в период времени, предшествующий землетрясению.

Птицы. Относятся к классу позвоночных животных, тело их покрыто перьями, передние конечности преобразовались в крылья. Для птиц характерен энергичный обмен веществ. Им свойственны сложные формы групповой организации, поведения и сигнализации, обеспечивающие эффективность размножения, кормодобывания и миграцию.

По отношению к местообитанию птицы консервативны. Каждый вид и подвид занимает определенный район. Гнездование птиц ежегодно происходит на определенном участке — гнездовой территории. Перелетные птицы, как правило, возвращаются к месту своего гнездования.

Естественно, что особенности гнездовой экологии птиц широко используются в качестве индикатора экологического состояния района. Наряду с изучением естественных кладок орнитологами используются искусственные гнездовья-скворечники со съемными верхними крышками, позволяющими регулярно проводить наблюдения за величиной кладки яиц, числом вылупившихся птенцов, их развитием, питанием и сроками вылета. В скворечниках, как правило, в зависимости от типа биотопа, поселяются скворцы, воробьи и другие птицы — дуплогнездники: синицы, горихвостки, поползни, мухоловки и т.д. Скворечники позволяют осуществлять контролируемый полевой эксперимент: их можно выставить в необходимом для статистической обработки количестве, ставить на территориях, которые интересуют эколога.

Следовательно, данный метод может быть рекомендован в качестве одного из важных показателей экологического мониторинга. В наших многолетних исследованиях, проводимых О.Г. Нехорошевым под ЛЭП-500, было установлено отрицательное влияние переменного электрического поля ЛЭП на заселяемость скворечников, рост и развитие птенцов. Известны факты отрицательного воздействия ДДТ на истончение скорлупы у многих хищных птиц: орлана-белохвоста, бурого пеликана. В колонии бурого пеликана массовая гибель яиц была связана с раздавлением яиц с тонкой скорлупой птицами, сидящими в гнезде (Кулини, 1981).

Для большинства птиц характерны весенне-осенние миграционные перелеты. Последние десятилетия миграциям птиц посвящены многочисленные исследования орнитологов всего мира. Разрушение мест гнездования птиц, изменения климатических условий, загрязнение среды обитания птиц — все это нарушает древние пути миграции птиц и используется в качестве биологических индикаторов глобального экологического нарушения биосферы.