Potrzeba matką wynalazku, nauka kochanką natury

Monitoring środowiskowy jest zestawem pomiarów, ocen, przewidywań i opinii na temat stanu środowiska. Są one potem wykorzystywane w toku procesów decyzyjnych, w działaniach zapobiegawczych oraz naprawczych. Bez wątpienia jest on także bardzo ważnym komponentem w kształtowaniu świadomości ekologicznej społeczeństwa. Nadrzędny cel monitoringu to systematyczne zbieranie informacji oraz danych na temat zanieczyszczenia elementów środowiska, a następnie przewidywanie jego konsekwencji. W ramach całego systemu monitorowania funkcjonują poszczególne podsystemy, które dotyczą konkretnych komponentów środowiska, tj. powietrza, wody, gleby, ziemi czy hałasu. Tym elementem, który interesuje nas - biologów najbardziej, jest monitoring biologiczny czyli biomonitoring. Wiele źródeł uznaje monitoring biologiczny za najtańszy i najmniej skomplikowany względem niezbędnego wyposażenia w porównaniu do innych metod monitoringu, dlatego uznaje się go za wyjątkowo przydatny do długotrwałych badań na dużych obszarach. Jednak warto zauważyć, że komponenty biologiczne mogą podlegać badaniom na różnych płaszczyznach. Począwszy od poziomu całej biocenozy, poprzez badania populacyjne, badania pojedynczych organizmów, kończąc na badaniach cytologicznych czy molekularnych. Na tym etapie polemizowałabym z wyceną prowadzonych badań, bo o ile eksperymenty w terenie mogą być wymiernie tańsze, o tyle metody molekularne na chwilę obecną wymagają nie tylko wyższych nakładów finansowych do samych procedur badawczych, ale przede wszystkim bardzo specjalistycznej i drogiej aparatury.

Systemy ekologiczne działają sprawnie dzięki wzajemnym relacjom i oddziaływaniu pomiędzy czynnikami abiotycznymi – nieożywionymi, które definiują charakterystykę fizyko-chemiczną biotopu, a czynnikami biotycznymi – ożywionymi czyli składnikami biologicznymi. Warunki naturalne sprzyjają zróżnicowaniu czynników biotycznych i abiotycznych, które wykazują zmienność w czasie i przestrzeni. Jest to nierozerwalnie związane z formami zmienności biocenoz w czasie – procesem sukcesji, która przebiega etapami aż do pożądanego stanu klimaksu czyli stabilnego stadium końcowego rozwoju biocenozy.

W metodach biologicznych spotykamy się często z zastosowaniem organizmów wskaźnikowych do identyfikacji zanieczyszczeń środowiska, celem zaobserwowania reakcji ekosystemu na zmiany środowiskowe/antropogeniczne czy (idący często za tym) stres. Wykonuje się to poprzez przeprowadzanie obserwacji in situ, dzięki czemu możliwa jest bezpośrednia ocena zintegrowanego efektu, który wywołały zanieczyszczenia.

Wskaźniki biologiczne w różnym stopniu mogą reagować na zmiany w środowisku naturalnym:

• Organizmy akumulujące, które w swoich tkankach gromadzą substancje chemiczne, często toksyczne, np. kumulacja zanieczyszczeń w liściach akacji stanowi ważny wyznacznik dla skumulowanych metali ciężkich w środowisku antropogennym. Najużyteczniejszym organem u roślin naczyniowych w identyfikacji skumulowanych zanieczyszczeń okazują się właśnie liście, z czego przydatne są nawet w tym przypadku nagozalążkowe – igły sosny także stanowią ważny wskaźnik akumulacyjny
• Organizmy reagujące zniszczeniami, zmianami w swoich organach pod wpływem fluktuacji w warunkach środowiskowych
• Organizmy, które w gradiencie swoich wrażliwości mogą występować w danych warunkach lub nie – ich obecność tudzież brak sama w sobie jest wskaźnikiem.

Biologicznym wskaźnikiem (indykatorem) siedlisk są rośliny wskaźnikowe. Zaliczają się do nich gatunki, które cechuje wąski zakres wymagań ekologicznych, dlatego jeśli są obecne na danym obszarze to oznacza to, iż warunki środowiskowe tego terenu mają konkretne cechy, tj. wilgotność, nasłonecznienie, temperatura otoczenia, obecność bądź brak pewnych pierwiastków, itp. Tu dostrzegam pewne konotacje tej metody biomonitoringu z przedmiotem moim badań nad pracą doktorską. Wstępnym, roboczym tematem mojej pracy doktorskiej jest „Uzyskanie i analiza genomów organellowych chloroplastowych i mitochondrialnych rodziny Ericaceae”. I to właśnie Ericaceae, czyli wrzosowate łączą się z identyfikacją siedlisk. Wśród wrzosowatych występuje bowiem kilka gatunków, które są roślinami wskaźnikowymi dla siedlisk kwaśnych, w tym wrzos (Calluna vulgaris), borówka czarna (Vaccinum myrtillus), borówka brusznica (Vaccinum vitis idea) czy żurawina błotna (Oxyococcus palustris). Występowanie wrzosowatych charakteryzuje warunki środowiska pod względem zakwaszenia gleb, zasiedlają i przy tym wskazują gleby kwaśne. Pozwala to między innymi na wskazanie obszarów o szczególnej przydatności do pewnych sektorów gospodarki czy przewidywanie odtworzenia szaty roślinnej w przypadku obszarów zmienionych, np. działalnością przemysłową.

Poza tymi sprawdzonymi metodami stosowanymi u wrzosowatych, warto byłoby zastanowić się nad skorzystaniem z ich możliwością kumulowania wysokich stężeń metali ciężkich, co wynika ze specyficznej mikoryzy – mikoryzy erikoidalnej. Grzyby, które współżyją z korzeniami wrzosowatych umożliwiają im egzystowanie w takim stężeniu metali ciężkich, które normalnie powodują silne objawy toksyczności u roślin wyższych. Dzieje się tak za sprawą często badanych mechanizmów, w tym dużych zdolności regeneracyjnych komórek grzyba Oidiodendron maius (gatunek grzyba, który mikoryzuje z korzeniami wrzosowatych) w warunkach wysokiego stężenia cynku, kadmu czy kobaltu. Mogłoby to stanowić ważny wyznacznik zanieczyszczenia obszarów, na których bytują wrzosowate. Ponadto szczegółowe analizy molekularne mają szansę wykazywać różnice w profilach genetycznych w zależności od obszaru, z jakiego pochodzą rośliny, co można potem przyporządkować zarówno zanieczyszczeniom, warunkom środowiskowym czy innym parametrom przydatnym dalszym wnioskowaniom, które prowadziłyby w konsekwencji do troski o zachowanie jak najlepszego i sprawnego ekosystemu. Myślę, że konieczność utrzymania natury w jej najdoskonalszym stanie i działania sprzyjające ochronie środowiska wygenerują jeszcze wiele przydatnych metod; z czego niewykluczone, że moja praktyka laboratoryjna przyczyni się do czegoś wnoszącego służąc elementarnym zasadom utrzymania optymalizacji w naturze. Wiek XXI z całą jego aprowizacją to nadzieja dla nauki, która ma szansę stać się orężem wobec problemów z ochroną naszej przyrody.

Angelika Maria Gomolińska
Biologia, studia doktoranckie

Bibliografia

1. Traczewska T.M.; Biologiczne metody oceny skażenia środowiska; Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2011
2. Kłos A.; Zastosowanie współczynnika wzbogacenia (EF) do interpretacji wyników badań biomonitoringowych; Chemia Dydaktyka Ekologia Metrologia nr 1-2; 2009
3.  Malzahn E., Wójcik J.; Metody stosowane w bioindykacji środowiska leśnego Puszczy Białowieskiej; Acta Agrophysica 19(2); 2012
4. Małkowska E., Palowski B., Małkowski Ł., Bierza W., Szewczykowska K.; Przydatność wybranych organów Robinia pseudoacacia do celów bioindykacyjnych; Proceedings of ECOpole 7(1); 2013
5. Stepnowski P., Synak E., Szafranek B., Kaczyński Z.; Monitoring i analityka zanieczyszczeń w środowisku; Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego; 2010
6. Parzych A., Sobisz Z.; The macro- and microelemental content of Pinus sylvestris L. and Pinus nigra J.F. Arn. needles in Cladonio-Pinetum habitat of the Słowiański National Park; Leśne Prace Badawcze vol.73(4); 2012