BioIndicators: استفاده از ارگانیسم ها برای اندازه گیری تأثیرات زیست محیطی

چگونه می توان تأثیرات فعالیت های انسانی را بر روی اکوسیستم های طبیعی ارزیابی کرد؟بیوتا در مورد محیط زیست و پاسخ آن به استرس طبیعی چه می تواند به ما بگوید؟

معرفی

قناری موجود در معدن ذغال سنگ چه چیزی می تواند به ما بگوید؟از نظر تاریخی ، قناری ها با کارگران معدن زغال سنگ در اعماق زیرزمینی همراه بودند. ظرفیت ریه کوچک آنها و سیستم تهویه ریه یک طرفه ، آنها را نسبت به غلظت های کوچک مونوکسید کربن و گاز متان نسبت به همراهان انسانی خود آسیب پذیرتر می کند. در اواخر سال 1986 ، حساسیت حاد این پرندگان به عنوان یک شاخص بیولوژیکی از شرایط ناامن در معادن زغال سنگ زیرزمینی در انگلستان عمل می کرد. از آنجا که نگرانی های بهداشتی انسان همچنان به توسعه و کاربردهای زیستی ادامه می یابد ، از بین رفتن خدمات اکوسیستم (به عنوان مثال ، هوای پاک ، آب آشامیدنی ، گرده افشانی گیاهان) به طور فزاینده ای توجه ما را به سلامت اکوسیستم های طبیعی متمرکز کرده است. همه گونه ها (یا مجموعه گونه ها) محدوده محدودی از شرایط شیمیایی ، فیزیکی و بیولوژیکی را تحمل می کنند که می توانیم برای ارزیابی کیفیت محیطی از آن استفاده کنیم. با وجود پیشرفت های تکنولوژیکی ، ما خودمان را به سمت بیوتای اکوسیستم های طبیعی روی می آوریم تا داستان دنیای خود را برای ما تعریف کنیم.

بیولوژیکی چیست؟

شکل 1: مقایسه تحمل های محیطی (الف) بیولوژیکی ، (ب) گونه های نادر ، و (ج) گونه های همه جا

مناطق قرمز بخش هایی از یک شیب محیطی (به عنوان مثال ، در دسترس بودن نور ، سطح نیتروژن) را نشان می دهد که در آن فرد ، گونه یا جامعه ، تناسب اندام یا فراوانی بیشتر از صفر دارد. خط متراکم نشان دهنده عملکرد اوج در طول این شیب خاص محیطی است ، در حالی که جعبه های زرد شامل دامنه یا تحمل بهینه است. نشانگرها در مقایسه با گونه های نادر و همه جا ، تحمل متوسطی نسبت به تنوع محیطی دارند. این تحمل به آنها حساسیت می دهد تا تغییرات محیطی را نشان دهند ، در عین حال استقامت در برابر برخی از تنوع و منعکس کننده پاسخ بیوتیک عمومی.

© 2010 آموزش طبیعت کلیه حقوق محفوظ است.

زیست شناسان شامل فرآیندهای بیولوژیکی ، گونه ها یا جوامع هستند و برای ارزیابی کیفیت محیط و نحوه تغییر آن در طول زمان استفاده می شوند. تغییرات در محیط اغلب به اختلالات انسان شناسی (به عنوان مثال ، آلودگی ، تغییر کاربری اراضی) یا عوامل استرس زا طبیعی (به عنوان مثال ، خشکسالی ، یخ زدگی در اواخر بهار) نسبت داده می شود ، اگرچه استرس زاهای انسان شناسی تمرکز اصلی تحقیقات زیستی را تشکیل می دهند. توسعه و کاربرد گسترده از زیست شناسان در درجه اول از دهه 1960 رخ داده است. با گذشت سالها ، ما با استفاده از کلیه گروههای اصلی طبقه بندی ، ما از کارآزمایی های زیستی خود برای کمک به ما در مطالعه انواع محیط ها (یعنی آبزی و زمینی) کمک کرده ایم.

با این حال ، همه فرآیندهای بیولوژیکی ، گونه ها یا جوامع نمی توانند به عنوان متخصصان زیستی موفق عمل کنند. عوامل فیزیکی ، شیمیایی و بیولوژیکی (به عنوان مثال ، بستر ، نور ، دما ، رقابت) در بین محیط ها متفاوت است. با گذشت زمان ، جمعیت استراتژی هایی را برای به حداکثر رساندن رشد و تولید مثل (یعنی تناسب اندام) در طیف خاصی از عوامل محیطی تکامل می بخشد. در خارج از اتمام محیطی یک فرد یا دامنه تحمل ، فیزیولوژی و/یا رفتار آن ممکن است تحت تأثیر منفی قرار بگیرد و تناسب اندام کلی آن را کاهش دهد (شکل 1). کاهش تناسب اندام می تواند متعاقباً پویایی جمعیت را مختل کرده و جامعه را به طور کلی تغییر دهد (شکل 2). گونه های زیستی به دلیل تحمل متوسط در برابر تنوع محیطی ، به طور موثری وضعیت محیط را نشان می دهند (شکل 1). در مقابل ، گونه های نادر (یا مجموعه گونه ها) با تحمل های باریک اغلب نسبت به تغییرات محیطی بسیار حساس هستند ، یا به ندرت با آنها روبرو می شوند تا منعکس کننده پاسخ بیوتیک عمومی باشد. به همین ترتیب ، گونه های همه جا (یا مجموعه گونه ها) با تحمل بسیار گسترده نسبت به تغییرات محیطی حساسیت کمتری دارند که در غیر این صورت بقیه جامعه را مختل می کنند. با این حال ، استفاده از زیست شناسان فقط به یک گونه واحد با تحمل محیطی محدود محدود نمی شود. جوامع کامل ، شامل طیف گسترده ای از تحمل های زیست محیطی ، می توانند به عنوان بیولوژیکی خدمت کنند و منابع مختلفی از داده ها را برای ارزیابی وضعیت محیطی در یک رویکرد "شاخص بیوتیک" یا "چند متری" ارائه دهند.

علاوه بر این ، فرآیندهای بیولوژیکی در درون یک فرد می توانند به عنوان نشانگرهای زیستی عمل کنند. به عنوان مثال ، Trout Cutthroat که در جریان های آب سرد در غرب ایالات متحده واقع شده است. بیشتر افراد تحمل حرارتی فوقانی 20 درجه - 25 درجه سانتیگراد دارند. بنابراین ، حساسیت به دمای آنها می تواند به عنوان بیولوژیکی از دمای آب استفاده شود. چرای دام ، سوزاندن و ورود به سیستم نمونه هایی از اختلالات مرتبط با انسان است که می تواند دمای آب را در این جریانها افزایش داده و با قزل آلا برش در مقیاس های مختلف بیولوژیکی تشخیص داده شود (شکل 2). پاسخ فوری CutthroAT به آلودگی حرارتی در سطح سلولی رخ می دهد. به طور خاص ، سنتز پروتئین شوک حرارتی (HSP) برای محافظت از عملکردهای سلولی حیاتی از استرس حرارتی افزایش می یابد. ما می توانیم سطح HSP را برای اندازه گیری استرس حرارتی در قزل آلا برش و ارزیابی نحوه تغییر محیط تعیین کنیم. اگر استرس حرارتی همچنان ادامه داشته باشد ، چنین تغییرات فیزیولوژیکی از طریق تغییرات رفتاری و کاهش متعاقب آن در رشد و رشد به طور کلی در سطح فردی قابل ردیابی است. در شدیدترین موارد ، با این حال ، تغییرات حرارتی بزرگ و مداوم می تواند تعداد جمعیت را کاهش داده و حتی منجر به انقراض های محلی شود و باعث تغییر های ترکیبی به شیلات آب گرم می شود.

شکل 2: نمودار سطح سلسله مراتبی یک اکوسیستم که به اختلالات انسانی یا استرس طبیعی پاسخ می دهند

حلقه سفید متغیرهای محیطی شامل عواملی است که ممکن است مستقیماً با اختلال یا استرس تغییر یابد. این تغییرات ممکن است متعاقباً بر موجودات فردی ، جمعیت یا جامعه به طور کلی تأثیر بگذارد. بیرونی ترین حلقه رنگی نشان دهنده ارگانیسم های فردی است (قزل آلای برش ، pteronarcys سالمونفلی ، phaedoactylum diatom) ، حلقه رنگی میانه نمایانگر جمعیت آن ارگانیسم ها است ، و حلقه رنگی داخلی نشان دهنده جامعه ای است که در آن هر سه گونه همگام هستند. اختلال و استرس ممکن است بر منابع انرژی (به عنوان مثال ، غذا ، نور) ، تعامل بیوتیک (به عنوان مثال ، رقابت ، شکار ، گیاهخواری) و فیزیکی (به عنوان مثال ، سرعت آب ، بستری که یک ارگانیسم به آن متصل می شود ، تأثیر مثبت یا منفی بگذارد ، تأثیر مثبت یا منفی کند. تخم مرغ می گذارد) ، یا محیط شیمیایی (به عنوان مثال ، مواد مغذی). این تغییرات محیطی ممکن است رشد و تولید مثل یک ارگانیسم را افزایش یا کاهش دهد ، در نتیجه بر اندازه و بهره وری جمعیت و تعامل با سایر گونه های جامعه تأثیر می گذارد.

© 2010 تصاویر آموزش طبیعت توسط Summers Scholl. کلیه حقوق محفوظ است.