Uzasadnienie wyboru tematyki badań

Chemiczne i fizyczne metody monitoringu wód powierzchniowych nie umoŜliwiają oceny rzeczywistego stanu ekosystemu, czyli wpływu ekotoksyn na organizmy Ŝywe. Pomijają kumulację toksyn w łańcuchach pokarmowych, zmiany ich charakteru chemicznego w wyniku procesów metabolicznych oraz skutki synergistycznych oddziaływań trucizn, a takŜe ich interakcje w środowisku przyrodniczym i w organizmach Ŝywych. W testach biologicznych wykorzystano organizmy wskaźnikowe (bioindykatory), które charakteryzują się małą tolerancją na wpływ czynników stresowych oraz są reprezentatywne dla danego ekosystemu. Rozwój biotechnologii środowiskowej umoŜliwia modyfikację metod biomonitoringu w celu podniesienia ich czułości i efektywności oraz stworzenie systemów wczesnej oceny zagroŜenia środowiska wodnego toksynami [15, 17, 43, 58].

W badaniach nad opracowywaniem nowych skutecznych, czułych i ekonomicznych metod monitoringu środowiska szczególną uwagę zwraca się na metody monitoringu biologicznego. Wypracowano szereg biotestów, które wykazują się szczególną skutecznością i czułością – w procesie monitorowania stanu jakości wód i pozostałych składników

środowiska przyrodniczego. Postęp nauki, jaki ma miejsce w ostatnim czasie w zakresie

takich dyscyplin naukowych jak biotechnologia środowiska, ekotoksykologia i ekologia dają realne przesłanki do rozwoju nowych efektywnych metod biomonitoringu [17, 89].

Szczególne szanse stwarza na tym polu rozwój badań nad embriologią doświadczalną i wykorzystaniem jej dla potrzeb biotechnologii środowiska w celu ekologicznej profilaktyki oraz ZrównowaŜonego Rozwoju i skutecznej Ochrony Środowiska Przyrodniczego i Zdrowia Człowieka (traktowanymi jako cele priorytetowe a aktualnych programach międzynarodowych np. w ramach Programu Ramowego UE). Metody te oparte na kryteriach embriologicznych, wykazują się zwiększoną wraŜliwością na niskie dawki czynników toksycznych [8, 52, 49, 50, 51, 82].

Zjawisko to tłumaczy się na gruncie teorii informacji [100], czyli wpływu szumu informacyjnego (środowiskowego) na zmiany w materiale genetycznym i wpływ tych zmian na ekspresje fenotypową organizmów rozwijających się.

W trakcie rozwoju zarodków organizmów zwierzęcych do najbardziej krytycznego stadium nie naleŜy forma najwcześniejsza (gdyŜ w tym stadium występuje nadmiar materiału genetycznego w stosunku do aktualnych potrzeb rozwijającego się zarodka), ale stadia róŜnicujących i intensywnie dzielących się komórek – gdyŜ ma wtedy miejsce intensywny proces syntezy i przekazywania materiału genetycznego do komórek potomnych. RóŜnorodne

zanieczyszczenia wprowadzone do środowiska wodnego mogą implikować zmiany patologiczne w ekspresji fenotypowej we wczesnym rozwoju róŜnych gatunków [17].

Zaznaczyć naleŜy Ŝe, powyŜsze kryterium embriologiczne wprowadzone zostało do literatury

światowej, jako szczególnie wraŜliwe. Z tego teŜ powodu kryterium to jest niezbędne dla

interpretacji wpływu m.in. skaŜeń chemicznych, oraz czynników fizycznych i toksyn pochodzenia biologicznego na zaburzenie procesów reprodukcji organizmów, oraz zmiany populacyjne róŜnych gatunków [16, 17].

Metody oparte na kryteriach embriologicznych zaczynają odgrywać coraz większą rolę w metodach bioindykacji:

umoŜliwiając ocenę zmian (biochemicznych, morfologicznych, fizjologicznych, itp.) zachodzących w organizmach we wczesnych stadiach rozwoju osobniczego,

obniŜając progi czułości zwiększamy efektywność biotestów i uzyskujemy bardziej skuteczne narzędzia do wczesnej detekcji zagroŜeń spowodowanych czynnikami toksycznymi w zbiornikach wodnych Ich kumulatywne i synergistyczne efekty są niejednokrotnie niebezpieczne dla ekosystemów jak i dla zdrowia potencjalnych konsumentów,

jako jedne z niewielu metod są w stanie wykryć działanie teratogenne lub mutagenne, wielu związków chemicznych, które stosowane na co dzień nie wykazują doraźnych skutków toksycznych.

.

[8, 15, 16, 43, 49, 50, 51, 52,58, 82]

Przydatne mogą być one zarówno dla bardziej skutecznej ochrony przyrody, jak tez dla zapewnienia odnawialności zasobów biologicznych (zabezpieczenie trwałości zasobów biologicznych), jako podstawy zrównowaŜonego rozwoju.

Niezbędne staje się skojarzenie badań nad zawartością określonych czynników ryzyka

środowiskowego z ich wpływem na ekosystemy wodne z uwzględnieniem oceny ryzyka

zagroŜenia zdrowia człowieka związanego z intoksykacją łańcuchów pokarmowych [15, 17, 52].

Dla wstępnej i szybkiej oceny zagroŜenia środowiska przyrodniczego przez związki toksyczne naleŜy wdraŜać biotesty wraŜliwe na te zanieczyszczenia. Tam gdzie wyniki testów sygnalizują podwyŜszoną toksyczność, naleŜy zastosować chemiczne analizy umoŜliwiające oznaczenie danych związków i określenie ich stęŜeń oraz bardziej złoŜone biologiczne

metody oceny zagroŜenia badanego ekosystemu. Takie postępowanie powinno prowadzić do podjęcia działań prewencyjnych mających na celu zmniejszenie lub wyeliminowanie w przyszłości negatywnych oddziaływań na środowisko przyrodnicze.

Wykorzystując testy biologiczne moŜemy:

obniŜyć koszty monitoringu środowiskowego a jednocześnie wprowadzić system wczesnej detekcji czynników niebezpiecznych dla środowiska i człowieka). W przypadku, gdy system nie wykaŜe zagroŜenia – nie musimy za kaŜdym razem przeprowadzać kontroli fizykochemicznej i bakteriologicznej, – co się wiąŜe z oszczędnościami,

wykorzystując kryteria embriologiczne zwiększamy czułość biotestu w odniesieniu do zmian chemicznych i fizycznych parametrów stanu środowiska przyrodniczego,

dąŜymy do opracowania rozwiązań – wiarygodnych, czułych, ekonomicznych, które moŜna będzie w przyszłości opatentować i wdroŜyć do uŜytku na skalę przemysłową.

[17, 49, 51, 52]

5.2Wybór organizmów do badań i metod Biomonitoringu:

Test na Daphnia magna – jest testem wystandaryzowanym i znormalizowanym dlatego ma on szerokie zastosowanie w badaniach uzupełniających przy ocenie jakości wody, stopnia wydajności danej oczyszczalni, stopnia toksyczności ścieków.( nr normy – ISO 341: 1996 Water quality, EN ISO 6341: 1996 Determination of the inhibition of the mobility of Daphnia magna Straus) – Test toksyczności ostrej. W trakcie badania przy uŜyciu powyŜszego biotestu – określa się strukturę wiekową populacji, liczebność populacji, przeŜywalność w czasie w obrębie testowanej grupy osobników [19, 31, 33, 39, 60, 82].

W standardowej procedurze testu stosuje się osobniki młode odławiane z populacji hodowanej zgodnie z normą OECD [64, 66, 76, 93], umieszczając je w krystalizatorach z roztworami ścieku lub roztworu badanej substancji o róŜnych stęŜeniach. Po 24 i 48 godzinach zlicza się ilość rozwielitek wykazujących efekt testowy, w tym wypadku unieruchomienie osobników. Dane te pozwalają na określenie toksyczności testowanej próbki, np. ścieków lub określonego związku chemicznego.

Wykorzystanie błotniarki stawowej – w ocenie stanu czystości środowiska wodnego – dotyczy wpływu substancji toksycznych na formy juwenilne i kształtujące się zarodki w osłonkach jajowych w kokonach tych mięczaków. Proces testowania stanu jakości wody przebiega w podobny sposób jak w przypadku metody na rureczniku Tubifex tubifex i moŜe być stosowany zamiennie.

Do testu wybieramy kokony z jajami, które znajdują się w stadiach wczesnego rozwoju embrionalnego:

bruzdkowanie – gastrulacja,

zaawansowana embriogeneza (łącznie w stadium przed wykluciem)

okres wykluwania (hatching) i wczesny okres po wykluciu.

Wybór badanych zwierząt bezkręgowych dokonano w oparciu o ich powszechne występowanie w środowisku wodnym oraz o dane literaturowe dotyczące ich wraŜliwości na zanieczyszczenia toksynami chemicznymi, podobne parametry bada się w

przypadku testu na ślimaku wodnym Physca acuta Drap. [46, 106]

Tubifex tubifex: rurecznik mułowy naleŜy do pierścienic z grupy skąposzczetów, których

środowiskiem Ŝycia są osady denne (muł) w zbiornikach o zwiększonej zawartości substancji

organicznej. Formy dorosłe charakteryzują się duŜą tolerancją na zwiększony wpływ zanieczyszczeń organicznych w zbiorniku wodnym, ale nie tolerują zawartości substancji toksycznych – pochodzenia chemicznego (przemysłowego) czy toksyn sinicowych [33].

Osobniki młode i zarodki kształtujące się jeszcze w osłonkach jajowych są o wiele bardziej wraŜliwsze w stosunku do form dorosłych i mogą stanowić materiał do badania toksyczności subtelnej i ostrej. Zmiany teratogenne, jakie mają miejsce w procesie rozwoju embrionalnego jak i w trakcie wzrostu w okresie juwenilnym moŜna łatwo zarejestrować i charakteryzować oraz zebrać statystycznie – gdyŜ są one adekwatne do stopnia skaŜenia środowiska wodnego określoną toksyną jak i występowania ekwiwalentów tej toksyny w osadach dennych przy zmniejszonej zawartości jej w toni wodnej. Na bazie testów pilotaŜowych zastosowano w/w bezkręgowca jako indykatora dla detergentów, w przypadku testów dla pozostałych związków wykazał się on duŜą tolerancją i opornością na wpływ badanych substancji.