Navrat - Zivotne prostredie - cislo 3/1999

Z d r o j: Nazov casopisu: Zivotne prostredie Rocnik: 1999, Cislo: 3 Vydavatel: Ustav krajinnej ekologie SAV Bratislava Organismy jako bioindikatory meniciho se prostredi Jaroslav Bohac J. Bohac: Organisms as Bioindicators of Environmental Changes. Zivot. Prostr., Vol. 33, No. 3, 1999. Bioindicators are considered those organisms (or their communities) which living functions are closely related to environmental factors. Bioindication is the method that is applied for obtaining quick biological information with minimum time delay. The importance of bioindicators in the monitoring of environmental changes is discussed with some practical examples. In recent years the development and use of Biological Early Warning Systems (BEWS) in aquatic environment has increased. Some examples of these systems are demonstrated. Jednou z hlavnich otazek pri hodnoceni jakekoliv lidske cinnosti a jejich vlivu na kvalitu zivotniho prostredi je stanoveni kriterii tohoto hodnoceni. Tato kriteria by mela odrazet stav lidske populace v danem uzemi, stav flory a fauny s durazem na ochranu genofondu, stupen ovlivneni nezive prirody (pudy, vody ovzdusi) a kulturnich hodnot. Praktickym vyjadrenim tohoto hodnoceni lidskych cinnosti v CR je zakon CNR c. 244/1992 Sb. o posuzovani vlivu cinnosti a jejich dusledku na zivotni prostredi. Pri prak ticke aplikaci tohoto zakona se casto setkavame s problemy prave pri jeho pouziti na biologicke systemy - floru a faunu, populace ohrozenych druhu, jednotlive ekosystemy a krajinu, a take na lidskou populaci. Duvodem je to, ze projevy cinnosti cloveka, ktere se hlavni merou podileji na soucasnych negativnich zmenach zivotniho prostredi, jsou velmi ruznorode. Jedna se o sirokou skalu zmen, od chemickych zmen prostredi (imise, odpady, pesticidy), az po odvodnovani (meliorace) a zamokrovani (vystavba nadrzi) pozemku, prime rozrusovani struktury pudy (zemedelske obhospodarovani), hluboke naruseni struktury krajiny (tezba nerostnych surovin, vystavba) atd. Mnohe soucasne antropicke cinnosti maji pak nekolik hlavnich ucinku na zivotni prostredi, ktere se casto ruzne kombinuji a scitavaji. Napriklad vystavba rekreacnich zarizeni, skladek odpadu, novych prumyslovych podniku apod. se projevi zmenou struktury krajiny a jejim odvodnovanim, zmenou pudni struktury, produkci odpadu, znecistenim ovzdusi a vody, naslednym ovlivnenim flory, fauny, lidskeho osidleni a zdravi atd. Takovy komplexni vliv je merici technikou obtizne postizitelny. Nektere projevy cinnosti cloveka jsou zcela nove, nebo jsou jejich biologicke ucinky monitorovany pomerne nedavno (napr. produkce novych chemickych pripravku a odpadu, globalni zmeny klimatu). Jednou z moznosti, jak zjistovat vliv lidske cinnosti na zdravi organismu, funkci ekosystemu i na strukturu a fungovani cele krajiny je vyuzit zivych organismu jako indikatoru kvality. Bioindikatory a bioindikace, vyznam a hodnota biologickeho monitorovani Jako bioindikatory oznacujeme organismy nebo jejich spolecenstva, jejichz zivotni funkce jsou korelovany s faktory prostredi tak tesne, ze mohou slouzit jako jejich ukazatele (Schubert, 1985). Na zaklade cile, s jakym je biologicke monitorovani provadeno, muzeme rozlisit tri hlavni skupiny bioindikatoru: Prvni skupinu tvori tzv. testovaci organismy, ktere se pouzivaji v laboratornich testech pro bezprostredni studium ucinku ruznych vlivu prostredi. Testovani v laboratori je velmi efektivni, protoze muzeme v mikro-, mezo- nebo makrokosmech prostredi efektivne kontrolovat a vysledky ziskame za pomerne kratkou dobu (hodiny, dny ci tydny). Take interpretace vysledku laboratornich pokusu je casto snazsi nez monitorovani v prirodnich podminkach. Na druhe strane, vysledky ziskane z techto testu vetsi nou neplati v prirodnich podminkach, kde dochazi vlivem dalsich faktoru (dalsich abiotickych a zejmena biotickych vlivu) ke zcela odlisnym reakcim organismu. Velmi rozsirene jsou tzv. testy toxicity, zejmena ve vodnim prostredi (Machova, Vykusova, Svobodova, 1993). Druhou skupinou jsou indikatory pro impaktni monitorovani (casto oznacovane jako organismy sentinely) pouzivane pro sledovani zmen v terenu na modelovych druzich s registraci fyziologickych ukazatelu, patologickych uchylek od normalu, sledovani vyvojovych tendenci, genetickych zmen atd. Do teto skupiny mohou byt prirazeny take bioindikatory pouzivane pro sledovani kumulace latek v jejich tele indikujici rozsah znecisteni. Tyto bioindikatory muzeme rozdelit na pasivni a aktivni v zavislosti na tom, zda pouze pasivne registrujeme zmeny organismu sentinelu v prirode (napr. sledovani kumulace tezkych kovu ve vybranych vodnich rostlinach v rece), ci je aktivne vystavujeme v antropogenne zatizenem prostredi (napr. vystavovani k ozonu citlivych odrud rostlin v ruzne ozonem zatizenem mestskem prostredi). Jako priklad muzeme uvest srovnani hodnoty koncentrace hemoglobinu u populaci hrabose polniho z Mostecka a Trebonska (Sedlacek, Stastny, Bejcek, 1987). Hodnoty koncentrace hemoglobi nu jsou v oblasti Mostecka temer po cely rok nizsi nez na Trebonsku. Prukazne snizeni koncentrace hemoglobinu, urcita forma chudokrevnosti odrazejici spatny zdravotni stav, je jiste ve spojitosti s prumyslovym znecistenim krajiny. Mezi organismy sentinely patri i kumulativni bioindikatory. Napriklad pudni bezobratli patri mezi vyznamne kumulativni bioindikatory tezkych kovu a radionuklidu (Straalen, Krivolutsky, 1996). Velmi podrobne udaje o reakci jednotlivych druhu, populaci a spolecenstev mame u pudnich zivocichu jako bioindikatoru znecisteni prostredi radionuklidy (Bohac, 1995). Treti skupinou jsou bioindikatory ekologicke homeostaze - tzv. druhy ukazatele. Tyto druhy a jejich populace ci spolecenstva mohou slouzit jako indikatory kvality krajiny a jejich casti, dokonce jsou pouzitelne pro prognozy jejiho dalsiho vyvoje. Tato skupina bioindikatoru se pouziva v praktickem biomonitorovani v chranenych castech prirody (Absolon, 1994). Jako priklad muzeme uvest vyuziti spolecenstev na povrchu zijicich brouku strevliku a drabciku (Bohac, 1999). Ekologickou analyzo u jejich spolecenstev, ktera zahrnuje sledovani frekvence ruzne k lidske cinnosti citlivych skupin (velmi citlive druhy, druhy mene citlive a tolerantni) v jejich spolecenstvech, sledovani pomeru pohlavi, frekvence druhu s ruznymi migracnimi schopnostmi a dalsich charakteristik, lze odhalit faktory, ktere se podileji na zmenach ve studovanych ekosystemech. Takovyto biologicky vyzkum muze byt levnejsi, nez vyzkum pristrojovy. Neni napriklad realne merit na urcitem uzemi po leta denne pudni vlhkost a ojedinel e mereni nam neda presny obraz pomeru. Rostliny a zivocichove zijici dlouhodobe na danem uzemi jsou kumulativnim odrazem prirodnich pomeru. V tomto pripade muze napr. i mala zmena zastoupeni vlhkomilnych druhu ve spolecenstvu znamenat prvni kvantitativne dolozene varovani pred nebezpecim postupneho vysouseni krajiny. Bioindikace je metoda pouzivana k ziskani rychle biologicke informace s minimalni casovou prodlevou. Biologicke monitorovani je dlouhodobe v pravidelnych intervalech se opakujici sledovani vybranych organismu, jejich zivotnich projevu, populaci ci spolecenstev, ekosystemu nebo krajinnych segmentu k urceni kvality prostredi. Muzeme rozlisit tri hlavni kategorie monitorovani: monitorovani shody sledujici soulad mezi zasahy do prostredi a zakonnymi ustanovenimi, testovani hypotez nebo verifikace modelu overujicich platnost predpokladu a predpovedi, monitorovani trendu sledujici zmeny velkeho rozsahu, ktere jsou ocekavany jako nasledky ruznych lidskych cinnosti (Spellerberg, 1995). Dlouhodobe monitorovani biologickych systemu je vyznamne napr. pro poznani dlouhodobeho ucinku agrochemikalii (klasickym prikladem je ztencovani vajecnych skorapek dravych ptaku), znecisteni sladkych vod, insularizace krajiny (ostrovni efekt) atd. (Spellerberg, 1995). Ne kazdy organismus je vhodny jako bioindikator. Vhodny bioindikator by se mel hojne vyskytovat na stanovistich, ktera jsou predmetem naseho zajmu, mel by trvale zit na nevelkem teritoriu a zivit se potravou z tohoto teritoria a mel by byt citlivy ke sledovanemu faktoru. Jako indikatory se pouzivaji organismy ruzneho taxonomickeho postaveni, ktere se vybiraji s ohledem na cil biomonitorovani. Nelze ovsem nalezt univerzalni bioindikatory. Ruzne organismy jsou citlive k ruznym faktorum. Nektere indikatory jsou obecne znamy a pouzivany, napriklad lisejniky jako indikatory cistoty ovzdusi. Indikatory jinych vlivu se dosud intenzivne hledaji. Systemy bioindikatoru jsou vytvareny pro cela prostredi, napr. pudu (Straalen, Krivolutsky, 1996). Hledani novych metod biomonitorovani je cilem programu "Bioindikatory" Mezinarodniho svazu biologickych ved (IUBS). Tento program ma take za ukol standardizovani metod, rozvijeni mezinarodni spoluprace pri vyzkumu bioindikatoru a podporovani konferenci, zabyvajicich se bioind ikatory (posledni setkani se konalo v Malajsii; Guan a kol., 1997). Komercni vyuziti bioindikatoru - biologicke vystrazne systemy V soucasnosti jsme svedky komercniho vyuziti bioindikatoru pri tvorbe tzv. biologickych vystraznych systemu (Biological Early Warning Systems; Kremer, Botterweg, 1991). Tyto systemy jsou konstruovany vetsinou ve vodnim prostredi a slouzi k monitorovani stavu vod. Biologicke vystrazne systemy jsou kombinaci bioindikatoru a technickych prostredku, ktere registruji reakci bioindikatoru na znecisteni prostredi. Prikladem muze byt tzv. Mussel Monitor, ktery je pouzivan pro monitorovani znecisteni vody (obr. 1). Jako bioindikatory jsou pouzivany mekkysi druhu Dreissena polymorpha, Anodonta cygnea, Unio pictorum (pro sladkovodni prostredi) a Mytilus edulis (pro morske prostredi). Tito mekkysi jsou velmi citlivi na znecisteni a na pritomnost toxickych latek reaguji pohybem (uzavrenim) svych lastur. Tento pohyb se snima pomoci elektrody s naslednym vyhlasenim poplachu. Vyhodou tohoto biologickeho vystrazneho systemu je jeho kontinualni dlouhodoba pritomnost v prostredi a znacna citlivost ke znecisteni. Jeho spolehlivost jako indikatoru znecisteni je podle vyrobce i uzivatelu vetsi nez pouziti ciste technickych systemu kontroly kvality vody. Krome mekkysu se v biologickych vystraznych systemech pouzivaji nejcasteji ruzne druhy ryb (napr. Carassius auratus, Leuciscus idus, Salmo gairdneri), bezobratlych (Daphnia magna a Daphnia pulex) a bakterii (Photobacterium phosphoreum, Synechococcus spp. atd.). Prehled nekterych komercne dodavanych biologickych vystraznych systemu je uveden v tab. 1. Tab. 1. Komercne dostupne biologicke vystrazne systemy sledujici kvalitu vody Komercni nazevBVS - Dodavatel - Bioindikator - Sledovana reakce WRc MkIII Monitor - pHOX - ryba - dychani BMI series 6000 - BMI - ryba - dychani Aqua-Tox Control - Kerren - ryba - rheotaxe Aquatest - Quantum Sci. LTD - ryba - rheotaxe Aztec FM1000 - Aztec - ryba - elektricke pulsy Mussel Monitor - Delta Consult - mekkysi pohyb lastur Dynamische Daphnia Test - Elektron - Daphnia - aktivita Microtox - Microbics Corps - bakterie - svetelkovan Lumistox - Lange - bakterie - svetelkovani Stiptox - Stip - bakterie - dychani Toxiguard - EurControl - bakterie - dychani Perspektivy vyuziti bioindikatoru v menicim se prostredi Bez biologickeho monitorovani a vyuziti bioindikatoru nebudeme nikdy znat odezvu prirody na ruznorodou cinnost cloveka, ktera ji casto negativne ovlivnuje. Bioindikatory jsou vyznamne take pro posouzeni odezvy prirody na opatreni, ktera podnikame k zachovani biologicke rozmanitosti, znovuobnoveni stability krajiny a zlepseni stavu zivotniho prostredi. Perspektivy biologickeho monitorovani jsou zejmena v stanoveni ekologickych limitu v krajine z hlediska studovanych bioindikatoru. V komercni oblasti je pa k perspektivni pouziti bioindikatoru jako biologickych vystraznych systemu. Literatura Absolon, K., 1994: Metodika sberu dat pro biomonitoring v chranenych uzemich. Cesky ustav ochrany prirody a krajiny, Praha, 70 pp. Bohac, J., 1994: Bioindikatory radionuklidu v pude. Zivot. Prostr., 28, 1, p. 11 - 14. Bohac, J., 1999: Staphylinid Beetles as Bioindicators. Agriculture, Ecosystems and Environment (v tisku). Guan, T. S., Haji, A. J., Othman, S., Jambari, L., 1997: Abstracts of 9th International Symposium on Bioindicators. University Putra Malaysia, Serdang, 69 pp. Kramer, K. J., Botterweg J., 1991: Aquatic Biological Early Warning Systems. An Overview. In Jeffrey, D. W., Madden, B. (eds): Bioindicators of Environmental Management. Academic Press, London, San Diego, N. York, etc., p. 95 - 126. Machova, J., Vykusova, B., Svobodova, Z., 1993: Toxicita a biodegrabilita odpadu a latek vyznamnych ve vodnim prostredi. Vyzkumny ustav rybarsky a hydrobiologicky, Vodnany, 257 pp. Schubert, 1985: Bioindikation in Terrestrischen Okosystemen. Gustav Fischer Verl., Stuttgart, 327 pp. Sedlacek, F., Stastny, K., Bejcek, V., 1987: Koncentrace hemoglobinu hrabose polniho (Microtus arvalis) z prumyslove exponovane a kontrolni oblasti. Sbornik Ustavu aplikovane ekologie a ekotechniky Vysoke skoly zemedelske v Praze, 6, p. 61 - 72. Straalen, N. M., Krivolutsky D. A., 1996: Bioindicator Systems for Soil Pollution. Kluwer Acadimc Publishers, Dordrecht etc., 261 pp. Spellerberg, I. F., 1995: Monitorovani ekologickych zmen. Cesky ustav ochrany prirody, Brno, 187 pp. - - - - - - - - - RNDr. Jaroslav Bohac, DrSc. (1952), vedecky pracovnik Ustavu ekologie krajiny AV CR, Na sadkach 7, 370 05 Ceske Budejovice, E-mail: jardabo@uek.cas.cz Obr. Biologicky vystrazny system Mussel Monitor prezentovany na reklamni pohlednici s textem "Musle kontroluji kvalitu vasi vody" Z d r o j: Nazov casopisu: Zivotne prostredie Rocnik: 1999, Cislo: 3 Vydavatel: Ustav krajinnej ekologie SAV Bratislava

Navrat - Zivotne prostredie - cislo 3/1999