Как работают восемь моллюсков
В Варшаве для биомониторинга воды используют пресноводных моллюсков Unio tumidus. Восемь животных помещают в специальный проточный резервуар, через который проходит вода из Вислы или Зегжиньского водохранилища.
К раковинам моллюсков прикреплены датчики, непрерывно регистрирующие степень раскрытия створок.
Если вода меняется таким образом, что моллюски воспринимают это как угрозу, они закрывают раковины. Когда необычную реакцию одновременно демонстрирует несколько животных, система подаёт сигнал тревоги. После этого специалисты проводят лабораторные исследования, чтобы определить причину.
То есть восемь моллюсков не заменяют химический анализ – они работают как система раннего предупреждения.
Почему именно моллюски?
Выбор моллюсков не случаен. Unio tumidus – фильтратор: вода проходит через его жабры, а организм извлекает из неё частицы пищи. Для этого вида опубликованы оценки скорости фильтрации примерно 2,1–2,4 литра в час на одну особь. Теоретически это около 50–58 литров в сутки, хотя фактический объём зависит от условий среды и состояния животного.
Перед тем как стать «сотрудниками» водоканала, моллюсков отбирают, минимум две недели акклиматизируют в лаборатории и калибруют. Специалисты определяют обычную степень раскрытия их раковин – своеобразную индивидуальную норму, с которой затем сравнивают поведение во время работы.
Один «штат» моллюсков используется около трёх месяцев, после чего животных возвращают в водоём, откуда их взяли.
В Варшаве моллюски работают не в одиночку. Водоканал также использует пресноводных рыб, за поведением которых следят сотрудники и камеры. Параллельно качество воды контролируют лаборатории и автоматические измерительные системы. MPWiK сообщает, что в общей сложности анализирует более 70 показателей.
Получается комбинация разных методов: приборы измеряют конкретные параметры, лаборатория ищет конкретные вещества, а восемь живых организмов отвечают на один вопрос – не стало ли в воде настолько плохо, что они решили закрыться?
Как проверить качество воздуха дома и на улице: шесть простых экспериментов
Заметить пыль и другие следы загрязнения можно без сложного оборудования. Предлагаем шесть простых экспериментов, которые можно провести возле дома, на балконе или во дворе
Мох, накапливающие загрязнение
Моллюск нужен прежде всего для того, чтобы заметить изменение: он закрыл раковину – система подала сигнал. С мхом всё иначе. Его можно поместить в реку на несколько недель, а потом посмотреть, что он успел накопить из воды.
Для такого мониторинга используют так называемые moss bags – мешочки с водным мхом. Один из распространённых видов – Fontinalis antipyretica. Мох помещают в сетчатый мешочек и закрепляют в потоке. За время «работы» он поглощает и удерживает различные вещества из воды, в частности тяжёлые металлы. Затем мох отправляют в лабораторию и определяют, сколько загрязнителей он накопил.
Один из наиболее показательных примеров – долина Кьямпо на северо-востоке Италии, крупный район кожевенной промышленности. Там разработали сеть из пересаживаемого мха для наблюдения за загрязнением водотоков кадмием, ртутью, никелем, свинцом и другими опасными элементами.
В течение двух лет исследователи провели более 300 операций по размещению и сбору moss bags на 25 станциях. Полученные данные использовали для выявления загрязнённых участков и возможных точечных источников выбросов, а местные экологические органы на их основе разработали протокол для дальнейшего контроля.
Подобные эксперименты проводили и в Болгарии. В 2019 году мешочки с Fontinalis antipyretica на месяц разместили в трёх водохранилищах с разной степенью загрязнения. Затем исследователи анализировали накопленные мхом вещества и изменения его состояния.
Причём вода – не единственная среда, за загрязнением которой можно следить с помощью мха. В Антверпене исследователи закрепляли мешочки с мхом на велосипедах добровольцев, которые ездили по городу 50 дней. После этого удалось различить, например, более загрязнённые промышленные маршруты и более чистые зелёные.
Дафнии и бактерии тоже могут подать сигнал
Моллюски и мох показывают два разных способа использовать живые организмы для контроля окружающей среды. Но список на этом не заканчивается. В качестве биологических сенсоров исследуют и используют рыб, дафний, бактерий и даже целые сообщества мелких водных животных.
Дафнии – небольшие пресноводные рачки, чувствительные к широкому спектру токсичных веществ. Их используют в токсикологических тестах уже много десятилетий.
Современные системы позволяют автоматически наблюдать за движением дафний. Если рачки начинают двигаться иначе, чем обычно, программа фиксирует изменение. Такие биологические тесты применяются, например, в Нидерландах для раннего обнаружения токсического загрязнения поверхностных вод.
Есть и совсем микроскопические «сотрудники» – бактерии. Некоторые из них способны менять интенсивность собственного свечения под воздействием токсичных веществ. На этом принципе работают биолюминесцентные тесты: светящиеся бактерии помещают в измерительную систему, а электроника следит за изменением свечения.
В Нидерландах исследователи разработали такую онлайн-систему с люминесцентными бактериями и тестировали её непосредственно на реке Маас. Она была рассчитана на обнаружение генотоксичных веществ – соединений, способных повреждать генетический материал.
А иногда нужно посмотреть, кто вообще живёт в реке
Следить можно не только за реакцией отдельного организма, но и за тем, какие виды живут в водоёме.
В европейском мониторинге состояния поверхностных вод используют макробеспозвоночных – личинок насекомых, ракообразных, моллюсков и других небольших животных. Разные виды имеют разную чувствительность к загрязнению и недостатку кислорода. Поэтому состав сообщества на конкретном участке может многое рассказать о состоянии воды.
Например, личинки подёнок, веснянок и ручейников обычно требуют более чистой и богатой кислородом воды, тогда как некоторые черви и личинки комаров способны жить в гораздо более неблагоприятных условиях. Если чувствительные виды исчезают, а устойчивые становятся преобладающими, это отражается в биологических индексах качества воды.
Получается, река фактически сама оставляет список своих экологических проблем. Нужно только знать, как его прочитать.
Живые организмы редко могут сказать человеку: «В воде 0,2 мг нитратов». Они дают другой тип информации: «Со мной что-то происходит» или «Здесь изменилось сообщество». А определить причину уже помогают химические и физические измерения.
Именно поэтому восемь варшавских моллюсков не заменяют лабораторию. Они делают другое – постоянно наблюдают за водой и могут первыми заметить, что в ней что-то изменилось.