CC BY
109
ЗДОРОВЬЕ СРЕДЫ
УДК 57.04; 574.2; 574.3
КОНЦЕПЦИЯ ЗДОРОВЬЯ СРЕДЫ: ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ (ОСНОВНЫЕ ВЕХИ)
В.М. Захаров, А.В. Смуров1
Всё возрастающее антропогенное воздействие на окружающую природную среду определяет актуальность и значимость обеспечения разносторонней оценки и мониторинга его последствий. В качестве операционального подхода предлагается методология оценки здоровья среды, основанная на характеристике состояния биологических систем на разных уровнях их организации по гомеостазу развития.
Ключевые слова: здоровье среды, биосистемы, гомеостаз, стабильность развития, мониторинг качества среды, антропогенное воздействие, природные популяции, изменение климата, экотоксикология, биодиагностика, биотестирование, биоиндикация.
ENVIRONMENTAL HEALTH CONCEPT: HISTORY AND PROSPECTS (MILESTONES)
V.M. Zakharov1, A.V. Smurov2 1 Center for Sustainable Development and Health of Environment of the IDB RAS 2 Lomonosov Moscow State University (Earth Sciences Museum, Ecocenter)
According to the article, the ever-increasing anthropogenic impact on the environment determines the relevance and importance of ensuring a multifaceted assessment and monitoring of its consequences. As an operational approach the authors propose a methodology for environmental health assessment based on the characterization of biological systems state at different levels of their organization in conformity with the developmental homeostasis.
Keywords: environmental health, biosystems, homeostasis, developmental stability, environmental monitoring, anthropogenic impact, natural populations, climate change, ecotoxicology, biodiagnosis, bioassay, bioindication.
1 Захаров Владимир Михайлович - чл.-корр. РАН, д.б.н., зав. лаб. Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, [email protected]; Смуров Андрей Валерьевич - д.б.н., директор Музея землеведения и Экоцентра МГУ, [email protected].
152 Жизнь Земли 40(2) 2018 152-157
Поиск подходов для характеристики состояния и репрезентативных прогнозов отклонений от нормального функционирования биологических систем открывает принципиально новый подход для оценки и мониторинга качества среды, её благоприятности для живых существ и человека. Актуальность и значимость решения этой задачи на фоне усиливающегося глобального и локального антропогенного воздействия нарастает. Это привело к формулированию представлений о здоровье среды. В основе концепции - характеристика качества среды с использованием оценки состояния биологических систем на разных уровнях их организации по гомеостазу развития.
Основы подхода, связанного с исследованием стабильности развития биосистем (начиная с пионерской работы Майкла Сулэя [26] о стабильности развития природных популяций) формировались в ходе популяционных и экспериментальных исследований в 70-х - 80-х гг. двадцатого века (обзор см. [4, 28]). Они были представлены на Международной конференции «Популяционная феногенетика: исследование стабильности развития в природных популяциях» (Москва, 1989) и в серии последующих совещаний в России, Финляндии, Австралии и США (результаты представлены в серии специальных публикаций [20-22]), на популяционных семинарах «Онтогенез и популяция» (итоги и перспективы таких исследований представлены в специальном выпуске журнала «Онтогенез», т. 32, № 6 за 2001 г.). Результаты такого подхода позволили подойти к определению основ популяционной биологии развития, открывая новые возможности для оценки состояния природных популяций, понимания природы фенотипического разнообразия, механизмов динамики популяций и микроэволюционных преобразований.
В области мониторинга качества среды и состояния биологических систем это направление исследований позволило подойти к формулированию представлений о здоровье среды. Суть предлагаемой методологии в том, что характеристика качества среды производится путем оценки состояния биосистем (на разных уровнях их организации - от молекулярно-генетического и организменно-физиологического до попу-ляционного и экосистемного). Фундаментальным показателем здоровья среды при таком подходе является эффективность поддержания средой естественных механизмов гомеостаза развития биосистем на всех уровнях их организации.
Предлагаемая методология, в дополнение к традиционным химико-аналитическим методам, позволяющим контролировать антропогенное воздействие на природу, может быть с успехом использована для мониторинга и диагностики состояния здоровья среды по состоянию различных биосистем с использованием модельных биоценозов и популяций, модельных видов организмов, биосенсоров и биомаркеров. Для оценки здоровья среды используется система методов биодиагностики, определяющих состояние биосистем по комплексу ценотических, популяционных, морфологических, генетических, физиологических, цитологических, биохимических, биофизических и иммунологических параметров живых организмов, характеризующих гомеостаз развития биосистем на разных уровнях их организации.
Предлагаемая методология отвечает требованиям разносторонней комплексной оценки состояния экосистем открывает возможность для решения целого ряда задач, стоящих в настоящее время перед системами экологического мониторинга и непосредственно связана с задачей организации биологического мониторинга, обеспечивающего сохранение и восстановление биоразнообразия.
Программы биоразнообразия нацелены на характеристику природных ситуаций путем оценки видового разнообразия и его изменений, с учетом демографических параметров. При этом накапливается необходимая базовая информация о том, сколько,
каких видов и в каком количестве представлено в экосистеме. Важной дополнительной составляющей при этом должна быть информация о том, в каком состоянии находятся природные популяции исследуемого видового разнообразия, представленного в той или иной экосистеме [2, 7, 8].
Интенсивно развивающиеся экотоксикологические подходы, главным образом, нацелены на оценку в лабораторных условиях последствий отдельных видов воздействий на различные характеристики модельных видов организмов, далеко не всегда присутствующих в природных экосистемах. При этом создаются необходимые базы данных об эффектах воздействия того или иного поллютанта на определённые параметры жизнедеятельности организма [23, 27]. Это, в определенной степени, позволяет прогнозировать потенциальную опасность конкретных поллютантов для живой природы и даёт основания для установления экологических нормативов (ПДК, ПДВ, ОБУВ и др.) по отдельным веществам и воздействиям. Для оценки здоровья среды (оценки рисков нарушения гомеостаза развития биосистем в среде обитания) существенной дополнительной и необходимой информацией оказывается интегральная оценка состояния биосистем от молекулярного до ценотического уровня их организации при всём комплексе различных природных и антропогенных воздействий.
Разрабатываемая система биомаркеров нацелена на обнаружение последствий воздействия различных химических соединений на определенные физиологические, биофизические и биохимические показатели состояния организма [12, 17, 25]. Развивается направление, связанное с оценкой и поддержанием благополучного состояния организма для разных видов животных по этологическим и физиологическим показателям [18, 19]. Совместными усилиями медиков и экологов развивается пограничный подход, устанавливающий параллель в реализации задач охраны природы и обеспечения здоровья человека (conservation biology & conservation medicine), который условно может быть определен как экологическая медицина. На практике это означает выявление разносторонних связей здоровья человека и животных [11, 16] со здоровьем (качеством) среды.
Таким образом, предлагаемая методология оказывается пограничной, объединяя определённые аспекты различных подходов в области экологического мониторинга среды, (включая биотестирование и биоиндикацию [13, 14]), подходы, связанные с исследованием биоразнообразия и экотоксикологии, оценки благополучия живых организмов и экологической медицины. Предлагаемая методология дает интегральную характеристику здоровья отдельных видов и экосистемы в целом при всем многообразии различных естественных и антропогенных воздействий.
Всё это и определяет перспективность подхода для решения задач экологического нормирования, обеспечивающего здоровье среды и сохранение биологического разнообразия.
Реализация концепции и методологии здоровья среды проводилась как в ходе теоретических исследований, так и при выполнении практических проектов [14, 22, 24], в том числе в рамках национальной и международной программы «Биотест» [9].
С 2000 г. координация этой работы (включая проведение исследований и реализацию практических проектов, организацию совещаний и подготовку публикаций) проводилась по линии Центра здоровья среды [1, 5]. Методология оценки здоровья среды была использована в качестве основы для организации социальнозначимого мониторинга на ООПТ [6, 7]. В ходе исследований состояния наземных и водных экосистем при разных видах антропогенного воздействия применительно к разным видам животных и растений была разработана и апробирована методика оценки здоровья среды, как оценка состояния 154
природных популяций по стабильности развития. Эта методика рекомендована для биоиндикации качества среды. Распоряжением МПР РФ № 460-р от 16.10.2003 была создана Секция здоровья среды Комиссии по сохранению биоразнообразия РАН.
Исследования с использованием предлагаемой методологии уже много лет проводятся по линии Центра устойчивого развития и здоровья среды ИБР РАН, по линии Российско-Вьетнамского Тропического центра ИПЭЭ РАН, Экологического центра и Музея землеведения МГУ, а также ряда других российских и зарубежных научных центров.
Приложение представлений о гомеостазе развития при исследовании гомеостатиче-ских механизмов биологических систем разного уровня, от отдельных организмов и популяций до сообществ и экосистем, даёт новые возможности для понимания механизмов обеспечения устойчивости и их соотношения на разных уровнях организации биологических систем, характеристики значимости онтогенетической и сукцессионной стабильности. Различные подходы для оценки гомеостаза развития и механизмов его поддержания на разных уровнях обсуждаются в рамках Всероссийского семинара «Гомеостатические механизмы биологических систем» [3]).
Отдельный интерес представляет приложение подхода для оценки последствий глобального изменения климата для биоты, отражённое в специальном выпуске журнала «Успехи современной биологии», т. 131, № 4 за 2011 г.
Была обоснована перспективность использования оценок здоровья среды для характеристики её благоприятности для человека. Такие параллельные исследования проводились в рамках совместных проектов, связанных с экологической эпидемиологией, характеристикой экологического риска и оценкой здоровья среды в ряде регионов (включая города России и Вьетнама) [1, 6, 11, 15].
Начиная с 2000 г. проводилась междисциплинарная экспертная разработка концепции здоровья среды как приоритета экологической политики, индикатора устойчивого развития (результаты обсуждались на национальных и международных совещаниях (как в РФ, так и в США). Рассмотрению ряда направлений таких исследований гомеостаза развития посвящены специальные выпуски журнала «Онтогенез» (2017, т. 48, № 6 и 2018, т. 49, № 1).
Сегодня концепция, методология и практика оценки здоровья среды обсуждаются в рамках постоянно действующего семинара «Здоровье среды», соорганизаторами которого выступают МГУ (Музей Землеведения и Экоцентр) и РАН (Комиссия здоровья среды Научного совета РАН по сохранению биоразнообразия и Институт биологии развития).
Результаты работы семинара в 2015-2017 гг. частично представлены в настоящем специальном выпуске журнала «Жизнь Земли». Наиболее значимые результаты работы семинара будут публиковаться и в последующих выпусках журнала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авалиани С.Л., Ревич Б.А., Захаров В.М. Региональная экологическая политика. Мониторинг здоровья человека и здоровья среды. М.: ЦЭПР, 2001. 76 с.
2. Вопросы экологического нормирования и разработка системы оценки состояния водоёмов / Под ред. Д.С. Павлова, Г.С. Розенберга, М.И. Шатуновского. М.: Тов-во научных изданий КМК, 2011. 196 с.
3. Гомеостатические механизмы биологических систем // Онтогенез. 2014. Т. 45, № 3. 82 с.
4. Захаров В.М. Асимметрия животных: популяционно-феногенетический подход. 1987. М.: Наука, 1987. 216 с.
5. Захаров В.М. Здоровье среды: концепция. М.: ЦЭПР, 2000. 30 с.
6. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т. Мониторинг здоровья среды на охраняемых природных территориях. М.: ЦЭПР, 2001. 148 с.
7. Макеева В.М., Белоконь М.М., Смуров А.В. Эколого-генетический подход к охране животных антропогенных экосистем. М.: Изд-во МГУ, 2011. 160 с.
8. Макеева В.М., Смуров А.В., Политов Д.В., Белоконь М.М., Белоконь Ю.С., Суслова Е.Г., Русанов А.В. Состояние генофонда и степень поражённости короедом-типографом (Ipstipographus L.) естественных популяций и лесопосадок ели европейской (Piceaabies (L.) Karst.) в Подмосковье // Генетика. 2017. Т. 53, №3. С. 1-10.
9. Последствия чернобыльской катастрофы: здоровье среды / Под ред. В.М. Захарова, Е.Ю. Крысанова. М.: ЦЭПР, 1996. 170 с.
10. Приоритеты национальной экологической политики России / Под ред. В.М. Захарова. М.: Наука, 1999. 100 с.
11. Румак В.С., Умнова Н.В., Левенкова Е.С., Турбабина К.А., Пивоваров Е.А., Шелепчи-ков А.А., Павлов С.Д. Диоксины в среде и организме животных вблизи полигона отходов производства и потребления: к методологии оценки риска для здоровья населения // Экология человека. 2017. №10. С. 9-15.
12. Рябов В.Б., Кондратьева И.А., Смуров А.В., Румак В.С., Хуанг Д.Т. Иммунные и физиологические параметры гидробионтов залива Нячанг (Вьетнам) из районов с различной антропогенной нагрузкой // Бюлл. МОИП. Отдел биол. 2007. Т. 12, №1. С. 85-96.
13. Смуров А.В. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. М.: Издат. центр «Академия», 2010. 288 с.
14. Смуров А.В. Экологическая диагностика: биологический и информационный аспекты. М.: Ойкос, 2003. 188 с.
15. Снакин В.В., Присяжная А.А., Косякова Н.И., Хрисанов В.Р., Митенко Г.В., Кругло-ва С.А. Здоровье среды и здоровье населения (на примере малого города России) // Жизнь Земли. 2017. Т. 39, №2. С. 125-138.
16. Aguirre A.A., Ostfeld R.S., Tabor G.M., House C., Pearl M.C. Conservation Medicine: Ecological Health in Practice. New York: Oxford University Press, 2002. 408 p.
17. Biomarkers: A Pragmatic Basis for Remediation of Severe Pollution in Eastern Europe / Ed. by Peakall D.B., Walker C.H., Migula P. Springer Netherlands, 1999. 324 p.
18. Broom D.M. Welfare in relation to feelings, stress and health. 2007 (http://www.veterinaria. org/revistas/redvet/n121207B.html).
19. Broom D.M., Johnson K.G. Stress and animal welfare. London, Chapman & Hall., 1993. 211 p.
20. Developmental homeostasis in natural populations of mammals: phonetic approach / Ed. by V.M. Zakharov, A.V. Yablokov. ActaTheriologica. 1997. Suppl. 4. 92 p
21. Developmental Instability. Causes and Consequences / Ed. by M. Polak. NY: Oxford University Press, 2003. 460 p.
22. Developmental Instability: Its Origins and Evolutionary Implications / Ed. by T.A. Markow. Dordrecht et al.: Kluwer Acad. Publ., 1994. 444 p.
23. Kendall R.J. Wildlife Toxicology: Where We Have Been and Where We Are Going // J. Environ. Anal. Toxicol. 2016. V.6. P. 348. doi: 10.4172/2161-0525.1000348.
24. Makeeva V.M, Belokon M.М., Smurov A.V. Genourbanology as the Basis for Stable Biodiversity and Ecosystem Conservation under Global Urbanization // Biology Bulletin Reviews. 2016. V.3, № 4. Р. 261-273.
25. Peakall D.B. Animal Biomarkers as Pollution Indicators. Chapman & Hall, 1992. 292 p.
26. Soule M.E. Phenetics of Natural Populations. II. Asymmetry and Evolution in a Lizard. // Amer. Natur. 1967. V. 101. P. 141-160.
27. Wildlife Toxicology: Emerging Contaminant and Biodiversity Issues /. Ed. by R.J. Kendall, T.E. Lacher, G.P. Cobb, S.B. Cox. CRC Press, 2010. 322 p.
28. Zakharov V.M. Future Prospects for Population Phenogenetics. Physiology and General Biology Reviews. Harwood Academic Publishers GmbH, 1989. 80 p.
REFERENCES
1. Avaliani S.L., Revich B.A., Zakharov V.M. Regional Environmental Policy. Monitoring of Human Health and Health of Environment. 76 p. (Moscow: Zentr Ekologicheskoj Polotiki Rossii, 2001) (in Russian).
2. Issues of Environmental Regulation and the Development of a System for Assessing the State of Water Bodies. 196 p. (Moscow: KMK, 2011) (in Russian).
3. Homeostatic Mechanisms of Biological Systems. Ontogenez. 45. (3), 82 (2014) (in Russian).
4. Zakharov V.M. Animal Asymmetry: Population Phenogenetic Approach. 216 p. (1987. Moscow: Nauka, 1987) (in Russian).
5. Zakharov V.M. Health of the Environment: The Concept. 30 p. (Moscow: ZEPR, 2000) (in Russian).
6. Zakharov V.M., Chubinishvili A.T. Monitoring of Health of the Environment in Protected Natural Areas. 148 p. (Moscow: ZEPR, 2001) (in Russian).
7. Makeeva V.M., Belokon M.M., Smurov A.V. Ecological-genetic approach to animal protection of anthropogenic ecosystems. 160 p. (Moscow: Publishing House of Moscow State University, 2011) (in Russian).
8. Makeeva V.M., Smurov A.V., Politov D.V., Belokon M.M., BelokonYu.S., Suslova E.G., Rusanov A.V. The state of the gene pool and the degree of damage caused by the bark beetle (Ipstipographus L.) of natural populations and plantings of European spruce (Piceaabies (L.) Karst.) in the Moscow region. Genetika. 53 (3), 1-10 (2017) (in Russian).
9. Consequences of Chernobyl Disaster: Health of the Environment. 170 p. Moscow: ZEPR, 1996) (in Russian).
10. Zakharov V.M. (Ed.). Priorities of the National Environmental Policy of Russia. 100 p. Moscow: Nauka, 1999) (in Russian).
11. Rumak V.S., Umnova N.V., Levenkova E.S., Turbabin K.A., Pivovarov E.A., Shelepchikov A.A., Pavlov S.D. Dioxins in the environment and the body of animals near the landfill production and consumption waste: to the methodology for assessing the risk to public health. Ekologiya Cheloveka. 10, 9-15 (2017) (in Russian).
12. Ryabov V.B., Kondratieva I.A., Smurov A.V., Rumak V.S., Huang D.T. Immune and physiological parameters of hydrobionts of Nha Trang Bay (Vietnam) from areas with various anthropogenic loads. Byulleten'MOIP (biology). 12 (1), 85-96 (2007) (in Russian).
13. Smurov A.V. Biological Control of the Environment: Bioindication and Biotesting. 288 p. (Moscow: Izdat. tsentr «Akademiya», 2010) (in Russian).
14. Smurov A.V. Ecological Diagnostics: Biological and Information Aspects. 188 p. (Moscow: Oykos, 2003) (in Russian).
15. Snakin V.V., Prisyazhnaya A.A., Kosyakova N.I., Khrisanov V.R., Mitenko G.V., Kruglova S.A. Health of the environment and public health (on the example of a small Russian city). Zhizn'Zemli [Life of the Earth]. 39 (2), 125-138 (2017) (in Russian).
16. Aguirre A.A., Ostfeld R.S., Tabor G.M., House C., Pearl M.C. Conservation Medicine: Ecological Health in Practice. 408 p. (New York: Oxford University Press, 2002).
17. Peakall D.B., Walker C.H., Migula P. (Eds.). Biomarkers: A Pragmatic Basis for Remediation of Severe Pollution in Eastern Europe. 324 p. (Springer Netherlands, 1999).
18. Broom D.M. Welfare in relation to feelings, stress and health. 2007 (http://www.veterinaria. org/revistas/redvet/n121207B.html).
19. Broom D.M., Johnson K.G. Stress and animal welfare. 211 p. (London, Chapman & Hall., 1993).
20. Zakharov V.M., Yablokov A.V. (Eds.). Developmental homeostasis in natural populations of mammals: phonetic approach. Acta Theriologica. Suppl. 4. 92 p. (1997).
21. M. Polak (Ed.). Developmental Instability. Causes and Consequences. 460 p. (NY: Oxford University Press, 2003).
22. Markow T.A. (Ed.). Developmental Instability: Its Origins and Evolutionary Implications. 444 p. (Dordrecht et al.: Kluwer Acad. Publ., 1994).
23. Kendall R.J. Wildlife Toxicology: Where We Have Been and Where We Are Going. J. Environ. Anal. Toxicol. 6, 348 (2016). DOI: 10.4172/2161-0525.1000348.
24. Makeeva V.M, Belokon M.M., Smurov A.V. Genourbanology as the Basis for Stable Biodiversity and Ecosystem Conservation under Global Urbanization. Biology Bulletin Reviews. 3 (4), 261-273 (2016).
25. Peakall D.B. Animal Biomarkers as Pollution Indicators. 292 p. (Chapman & Hall, 1992).
26. Soule M.E. Phenetics of Natural Populations. II. Asymmetry and Evolution in a Lizard. Amer. Natur. 101, 141-160 (1967).
27. Kendall R.J., Lacher T.E., Cobb G.P., Cox S.B. (Eds.). Wildlife Toxicology: Emerging Contaminant and Biodiversity Issues. 322 p. (CRC Press, 2010).
28. Zakharov V.M. Future Prospects for Population Phenogenetics. Physiology and General Biology Reviews. 80 p. (Harwood Academic Publishers GmbH, 1989).
