Лекция 1, Вводная. Термин «Биоэкологические исследования»
Скачать 413.41 Kb.
|
| Лекции по спецкурсу «Методы биоэкологических исследований» Лекция 1, Вводная. Термин «Биоэкологические исследования» в настоящее время еще достаточно условен. Необходимость такого рода исследований в принципе может быть объяснена с разных научных и практических позиций, находящихся на стыке биологических и экологических наук. Позиция первая, теоретическая. У любого вида живых организмов есть собственные «экологические характеристики», изучаемые наукой аутоэкологией. По отношению к любому экологическому фактору у данного вида есть некие границы толерантности, протяженность которых может быть различна (эврибионтные и стенобионтные виды). Общие принципы устойчивости организмов к внешним условиям выражены в законе толерантности Либиха-Шелфорда. Установлено также, что эти границы устойчивости имеют различную динамику в зависимости от динамики других экологических факторов, что отражено в законе совместного действия экологических факторов Митчерлиха- Бауле. Известно, кроме того, что устойчивость организмов к неблагоприятным факторам зависит еще и от фазы их онтогенеза, обеспеченности ресурсами, а также чрезвычайно видоспецифична и т.д. Однако, возникает ряд вопросов: а все ли уже здесь изучено? У всех ли двух с лишним миллионов видов организмов определены границы устойчивости и их динамика в зависимости от вышеперечисленных обстоятельств? Достаточно ли определены общие законы, описывающие ответные реакции организмов на внешние воздействия, в том числе и на техногенные ? Для всех ли таксонов существует возможность прогноза, как у какого вида будет развиваться ответные реакции на некое внешнее воздействие? Ответы на все вопросы будут, несомненно, отрицательными, что и обуславливает необходимость дальнейших исследований в этой области. ^ . Человечество активно воздействует на природу в результате хозяйственной деятельности и не только. При этом опять же возникает необходимость оценки влияния деятельности человечества на живые системы. Необходимо не только знать, какие события являются результатом влияния человека на живую природу: изменение видового состава биоценозов, исчезновение одних видов и увеличение численности других, и т.д., а какие – результат естественной динамики сообществ и отдельных видов во времени. При этом еще чрезвычайно важно обладать способностью к долговременному прогнозу изучаемых событий. Все это невозможно без владения отдельными методиками анализа параметров и состояния живых систем ^ . Несомненно воздействие человечества на окружающий мир усиливается, этот процесс будет продолжаться еще долго, и финал его неизвестен... В ходе своей деятельности человечеству постоянно приходится сталкиваться с большим количеством практических вопросов, так или иначе связанных с использованием живых систем или с оценкой влияния на них неких условий. Некоторые, наиболее общие группы вопросов можно привести: 1. Какие показатели лучше всего использовать для оценки благоприятствования среды обитания для отдельных особей или популяции данного вида в данных условиях? Если данный вид используется в народном хозяйстве, как соотносятся принятые для него показатели благоприятности среды с товарными его характеристиками (показателями качества, в частности)? 2. Какие показатели наиболее подойдут для оценки у представителей данного вида реакции на данное, часто отрицательное воздействие – интоксикацию, смену рациона, изменение шумового фона, газового состава, температурного режима и т.д ? 3. Каковы показатели устойчивости у особей данного вида к различным неблагоприятным факторам с учетом взаимодействия факторов, их динамики, фазы онтогенеза организмов? 4. Почему данное вещество является при определенных условиях токсичным для особей данного вида? Каков механизм действия этого вещества? Токсично или нет оно для других видов организмов и почему? Что происходит с данным веществом в естественных условиях? Устойчиво оно или нет? Если неустойчиво, то каковы механизмы его разложения? Какова токсичность продуктов разложения? и т.д. 5. Какой вид, исходя из его эколого-физиологических характеристик, лучше всего использовать в деятельности, связанной с экологией: в качестве возможного биоиндикатора, дезактиватора различных вредных промышленных веществ, вида- маркера, как возможную альтернативу пестицидам, и т.д. Очевидно, что для ответа на каждый частный вопрос необходимо проведение специальных лабораторных и полевых исследований. Какие то методики исследований известны уже давно и их проведение на производстве в аккредитованных лабораториях регламентировано ГОСТами и ОСТами, а какие то разрабатываются сегодня. Но важно то, что проведение данных методик исследований зачастую сопряжено с использованием достаточно небольшого перечня отдельных экспериментальных методов, рассмотрение которых и является целью данного спецкурса. В основном будут изучаться приборные методы. ^ . Изучение живых систем на организменном уровне связано с получением неких показателей, которые подразделяются на две группы ^ : Прямые или основные параметры получаются при непосредственном измерении линейных, весовых и иных числовых показателей, измеряемых на соответствующем оборудовании по соответствующей методике. Соответственно, по природе исследуемой величины прямые параметры живых систем подразделяются на весовые, линейные и численные (другие). Важно , что при регистрации прямых параметров интересующие исследователя данные получаются непосредственно в ходе эксперимента и нет необходимости в дополнительных расчетах. Аллометрические или пересчетные показатели высчитываются на основе прямых путем использования соответствующих формул, введения коэффициентов и т.д. Как правило, данные показатели используются в следующих случаях: 1. Во-первых, сам интересующий исследователя показатель уже по своей природе может иметь аллометрические свойства и состоять из нескольких величин, двух, трех и более. Кроме того, бывают случаи, когда интересуемая величина просто не может быть непосредственно измерена, например – прижизненная масса какого-либо органа в организме, либо содержание в нем каких-либо веществ. Часто в исследуемых параметрах присутствует либо удельная (т.е. в расчете на единицу массы организма), либо концентрационная, либо временная (интенсивность какого либо процесса) составляющая. В качестве примера можно привести различные показатели содержания в организмах различных веществ, интенсивность ростовых процессов, газообмена организмов, транспирации у растений и т.д. 2. Во- вторых, аллометрические показатели часто вводятся и специально разрабатываются исходя из конкретных условий или целей экспериментов. При этом применение пересчетных показателей позволяет зачастую по-новому переосмыслить полученные результаты и даже привнести в них некоторую «экологичность». Пример. Исследуется влияние неких внешних условий на ростовые процессы проростков какого-либо растения. Ежесуточно регистрируются следующие прямые показатели – длина, ширина и другие размеры отдельных частей растения, в том числе объем корневой системы (линейные показатели), его масса (весовые) и собственно время. В результате получаются некие данные о суточном приросте этих показателей, то есть о скорости роста данного организма. На основании полученных показателей можно рассчитать несколько довольно интересных аллометрических величин. 1. RGR (relative growth rate, относительная скорость роста). Это- величина чаще всего суточного прироста какой-либо прямой величины (длины, ширины, диаметра массы,) деленная на значение данной величины, зарегистрированное на момент начала измерения данного прироста. Допустим,12 января данное растение имело массу 360 мг, а 13 января – 420 мг. Тогда величина RGR в данном случае будет составлять: (420-360):360= 0,167 мг/мг Таким образом, данный показатель переводит некие показатели ростовых процессов из абсолютных в относительные, отражающие интенсивность ростовых процессов. Это бывает весьма удобно для сравнения объектов, имеющих разные размеры. В зависимости от исходных прямых показателей, взятых за основу для вычисления RGR, данный аллометрический показатель может иметь разную размерность (мг/мг, г/г, см/см, см2/см2 и т.д.). 2. SRR (shoot/root ratio. соотношение событий в надземной и подземной части). Как следует из названия, данный показатель предназначен для определение того, насколько различаются надземные и подземные части растения по какому-либо критерию. Обычно SRR используется для сравнения неких фиксированных значений величин (массы или длины), но может быть использован и для оценки интенсивности процессов, например скорости роста или накопления биомассы. Поэтому, в зависимости от сравниваемых величин данный показатель может иметь различную размерность – см/см, г/г, см.в сут./см.в сут и т.д. Вычисление данного показателя позволяет оценить логику развития организма в данных условиях и его приоритеты по распределению ресурсов. Соотнесение площади листьев растения к его выражается удельной площадью листьев (^ , SLA) , а отношение количества потребленного питательного вещества к накопленной биомассе отражает показатель NUE (Nutrient Use Efficiency) и т.д. Окончание примера Теперь следует рассмотреть непосредственно классификацию приборных методов. Следует отметить что созданная к настоящему времени приборная база позволяет применять для одних и тех же видов исследований разные методы. Выбор же конкретного метода определяется как правило, исходя из следующих практических соображений – условий эксперимента, желаемой точности получаемых данных, совместимости с другими методиками, времени измерения, доступности и дороговизны оборудования и расходных материалов и т.д. ^ Четкой системы классификации приборных методов нет. Условно приборные методы работы с биологическими объектами могут быть разделены на различные группы, в зависимости от критерия: 1. В зависимости от того, расположены ли чувствительные элементы прибора непосредственно на объекте, или находятся от него на некотором расстоянии, методы подразделяются на контактные и дистантные. Пример – термометр и тепловизор 2. По характеру получаемой величины методы традиционно делятся на качественные, полуколичественные и количественные. При использовании качественных методов исследователь получает информацию только о наличии или отсутствии у объекта какого либо свойства, вещества (тест-методы и тест-системы), процесса и т.д. Используя полуколичественные методы, исследователь получает возможность сравнения данного объекта с другими, по интенсивности какого либо процесса или по содержанию каких-либо веществ, если оно выражено не в численном виде, а например в виде цветовой шкалы. То есть при использовании данных методов исследователь получает возможность сравнения нескольких объектов путем ответа на вопросы «больше или меньше, быстрее или медленнее». Но при этом, результаты не могут быть выражены в каких то конкретных единицах измерения. Пример – регистрация показателя среды при помощи индикаторной бумаги. Наиболее предпочтительными и широко используемыми методами считаются количественные т.к. при этом появляется возможность изучения свойств объектов на основе абсолютных значений величин, преобразование и статистическая обработка результатов и т.д. Пример – весовые, концентрационные и многие другие измерения. 3. По соответствию исследуемой и измеряемой величин приборные методы подразделяются на прямые и косвенные. В отличие от прямых, косвенные методы основаны на измерении каких либо сопутствующих величин, так или иначе связанных с исследуемой. Поэтому при интерпретации результатов такого рода исследований всегда используются аллометрические показатели. Пример – концентрационные исследования, фотометрические исследования, ВЭЖХ. 4. С точки зрения возможности использования оборудования в тех или иных условиях приборные методы подразделяются на лабораторные (как правило используется стационарное оборудование, приборы питаются от сети переменного натряжения) и полевые ( используется автономное переносное оборудование, либо оборудование, установленное на различных транспортных средствах, оборудование получает электропитание от собственных аккумуляторных батарей или от бортовой сети автомобиля, в котором оно расположено). В силу большей сложности, более высокого класса точности и более стабильных условий измерения результаты, полученные на лабораторном оборудовании, как правило, будут точнее аналогичных результатов, полученных в полевых условиях. 5. По последствиям для исследуемого живого объекта методы получения у него численных показателей можно разделить на прижизненные и деструктивные. Прижизненные методы изучения не наносят заметного вреда жизни и здоровью изучаемого объекта и поэтому являются более предпочтительными. К этой категории можно отнести большую часть весовых и морфометрических методов, подсчет численности особей, анализ крови животных и т.д. Деструктивные методы либо сами в значительной мере наносят ощутимый вред организму либо напрямую связаны с его умерщвлением. Применяются они в тех случаях, когда иначе интересующие исследователя показатели не могут быть получены. Примеры: методы анализа химического состава организмов и их анатомические исследования, пищевого рациона животных, определение показателей токсичности для различных химических веществ, исследование эффективности лекарственных препаратов и т.д. При исследовании живых объектов чрезвычайно важной проблемой является обеспечение их максимальной, насколько это возможно, интактности. Этот термин означает стремление свести к нулю все возможные отрицательные для живых систем последствия, связанные с их исследованием. Он включает в себя: 1) минимизацию стресса, испытываемого живыми системами при их исследовании, 2) максимальное сходство условий эксперимента с естественными условиями обитания объектов. Иначе исследуемый объект, находясь в состоянии стресса, будет демонстрировать исследователю показатели, отличающиеся от его же показателей в «нормальном» состоянии – концентрацию гормонов, темп сердцебиения, интенсивность транспирации и т.д. А в том случае, если получение экспериментальных данных связано с умерщвлением и разрушением живых структур, искажения в полученных результатов могут возрастать многократно. Особенно это касается растительных объектов в связи с высокой пластичностью их метаболизма. Растительные объекты (как и любые другие живые системы) воспринимают абиогенные факторы окружающей среды через множество различных каналов воздействия: освещение, температура, водный статус, газовый состав, химический состав окружающей среды, механические воздействия, радиационный фон и т.д. При этом картина взаимодействия особенно растительного объекта с окружающей средой чрезвычайно сложна. При этом дополнительные трудности возникают, если используются деструктивные в той или иной степени методы исследования растений, связанные, например, с экстракцией из них различных веществ, так как при этом на общую картину состояния объекта как правило накладываются:
В этих условиях особое значение приобретает соблюдение чистоты эксперимента - исследователь должен быть уверен в том, что:
При приборном исследовании интактных растительных объектов также практически всегда в той или иной степени происходит нарушение условий окружающей исследуемое растение среды. В частности, это происходит при использовании контактных приборных методов, связанных с прикреплением к растению различных датчиков, что изменяет гормональный статус растения в сторону возрастания гормонов стресса. Однако, в силу того, что исследуемый объект не разрушается, общая достоверность результатов эксперимента в этом случае значительно выше, чем в случае использования деструктивных методов исследования биологических объектов. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Лекция 15. Финансирование государственной службы. Контроль и надзор за соблюдением законодательства о государственной службе | | Ни термин сангсара, ни термин нирвана не могут быть приложимы к Этому. Чтобы представить себе Это, нужно достичь состояния Будда.... |
| Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... | | Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... |
| Филатов: симптомы (пятна Филатова-Коплика-Бельского у детей), скарлатинозное сердце | | Отметки каких специалистов должны стоять в личной медицинской книжке проводника пассажирского вагона |
| Предмет цитологии. Историческое развитие цитологии. Эволюция клетки. Прокариоты и эукариоты | | Впервые термин начал применяться в 13-15 веках в торговых городах Италии и сначала означал любой денежный платёж. В дальнейшем термин... |
| Архитектура как совокупность аппаратных решений, присущих определённой группе процессоров. 21 | | Термин "информатика" (франц informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно... |