Биологический каталог




Экологическая биофизика

Автор А.Б.Рубин, О.Р.Кольс, Т.Е.Кренделева и др.

Качество и продолжительность жизни человека на Земле неразрывно связаны с состоянием окружающей среды. С момента образования кафедры биофизики в 1953 году ее основатель Б.Н. Тарусов инициировал работы по изучению физико-химических механизмов адаптации и устойчивости организмов в экстремальных условиях среды. К настоящему времени на кафедре сформировалось экологическое направление исследований, основной задачей которого стало выяснение физико-химических механизмов взаимодействия организма со средой на уровне макромолекул и макромолекулярных комплексов, строения и функционирования мембранных структур, субклеточных частиц, а также клеточных ансамблей, популяций и их сообществ. Такие исследования требуют использования всего арсенала современных биофизических методов, многие из которых могут быть реализованы только в условиях лаборатории. В то же время большая часть исследований должна быть проведена на природных объектах в экспедициях. В связи с этим на кафедре биофизики был разработан ряд приборов для исследования состояния объектов в природной среде. Объектами исследований были цианобактерии гейзеров Камчатки, беспозвоночные Японского моря, растения Памира и Чукотки, коралловые рифы Вьетнама и Мадагаскара, эндемики Байкала, фитопланктонные сообщества Белого, Балтийского, Черного, Каспийского, Японского, Охотского и многих других морей. Кафедра биофизики активно участвует в Федеральных целевых программах «Мировой океан», целевой комплексной программе ДВО РАН «Биологическая безопасность Дальневосточных морей Российской Федерации». Работы проводятся в кооперации с учеными разных стран (США, Черногории, Франции, Польши, Южной Кореи, Вьетнама).

Растения являются весьма чувствительными индикаторами, быстро реагирующими на возникновение неблагоприятной ситуации. К неблагоприятным воздействиям относятся загрязнения солями тяжелых металлов, гербицидами, органикой (нефть), недостаток минерального питания и др. С использованием метода кинетической флуорометрии были исследованы, например, клетки водорослей, обработанных солями ртути, солями меди, гербицидами (атрозин). Найдены ключевые параметры флуоресценции, свидетельствующие как о повреждении пигментного аппарата, так и о конкретном участке электрон- транспортной цепи, в котором произошло нарушение.

Фундаментальные исследования по изучению природы флуоресценции хлорофилла легли в основу методов диагностики состояния растений в изменяющихся условиях среды. Об ухудшении состояния растений можно судить не только по снижению величины переменной флуоресценции (которая характеризует активность первичных процессов фотосинтеза), но и по величине дисперсии статистического распределения этого показателя между ветками одного дерева и между разными деревьями в популяции. У здоровых деревьев разброс в значениях переменной флуоресценции незначителен; у поврежденных — значительно выше. Такая же закономерность обнаружена и для популяций деревьев: чем лучше экологические условия, тем выше величины относительной флуоресценции для отдельных деревьев и тем меньше разброс средних показателей между разными деревьями. Таким образом, средняя дисперсия значений переменной флуоресценции может служить дополнительной характеристикой состояния посадок; чем больше эта величина, тем в худшем состоянии находится фитоценоз.

Центральным звеном биоценозов, определяющим состояние и продуктивность водных экосистем, является фитопланктон. При действии различных экологических факторов и антропогенных загрязнений изменяется фотосинтетическая активность клеток природного фитопланктона, поэтому ее регистрация является чувствительнейшим сенсором состояния водной среды в целом. Фундаментальные исследования экологии фотосинтеза микроводорослей и фитопланктона расширили представления о роли первичных процессов фотосинтеза в обеспечении эффективности работы фотосинтетического аппарата в общем метаболизме клеток природных водорослей. Сформулирована и экспериментально обоснована концепция клеточного регулирования начальных этапов фотосинтетических процессов на уровне реакционных центров у фитопланктона под действием экологических факторов.

Проводимые работы по изучению природы генерации быстрой и замедленной флуоресценции и термолюминесценции хлорофилла растений и водорослей позволили разработать оригинальные погружные зонды для регистрации активности фотосинтетических процессов у природного фитопланктона по параметрам быстрой и замедленной флуоресценции. Эти приборы могут быть использованы для биотестирования природных и сточных вод; с их применением было проведено зондирование состояния водной среды в Черном, Средиземном, Норвежском и Южно-Китайском морях и озерах Байкал и Иссык-куль. При исследовании глубинного разреза в Тирренское море была обнаружена зона подъема глубоких холодных вод, обогащенных минеральными солями, в которой наблюдалось увеличение количества и активности фитопланктона. Этот пример наглядно демонстрирует перспективность использования подобных зондов для изучения динамических характеристик водных систем. Полученные результаты свидетельствуют о возможности определения загрязненности вод в ситуациях, когда концентрация водорослей еще заметно не снижается, например, на ранних стадиях загрязнения.


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.08.2017)