CC BY
40Камнев А.Н.
д.б.н., в.н.с. биологического факультета МГУ
СТРАТЕГИЯ НТР РОССИИ И КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ В РОССИИ
(Часть первая)
Ключевые слова: гидробиология, периоды развития гидробиологии, задачи гидробиологии, гидросфера, мировой океан, вода как объект исследований, стратегия развития гидробиологии, подготовка кадров
Keywords: hydrobiology, periods of development of hydrobiology, tasks of hydrobiology, hydrosphere, world ocean, water as an object of research, development strategy of hydrobiology, training.
Установить точное время возникновения гидробиологической науки и понять, с чего начинается её история, -не простая задача. Точкой отсчёта может служить и выход монографии Ронделе Гийома «Всеобщая история рыб» (1554), и дата первого описания Ант. Ван Левенгуком микроскопических гидробионтов (1674) и многие другие значимые события, рассмотренные замечательными отечественными гидробиологами С.А. Зерновым (1921), Г.Г. Вин-бергом (1975), К.А. Виноградовым (1977), В.А. Абакумовым (1981), И.А. Киселёвым (1987), В.Е.Заикой (2003), а также А. А. Протасовым и М.Г. Карпинским (2011).
На наш взгляд, говорить о моменте возникновения гидробиологии как самостоятельной науки и отсчёта её истории можно лишь при наличии нескольких дополняющих друг друга фактов. Первое - введение в оборот, принятие и широкое использование научной общественностью термина, в данном случае «гидробиология». Второе - появление специализированных периодических изданий, связанных с вопросами гидробиологии. Третье - наличие собственной парадигмы, методов, предметов и объектов исследования у данной науки. Четвёртое - профессиональная подготовка специалистов-гидробиологов.
Известно, что первый гидробиологический журнал «Archiv fur Hydrobiologie und Planktonkunde» был основан О. Захариасом в 1906 г., второй - «Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrografie» - А. Вольтереком в 1908 г. Именно в это время в научной среде стал широко использоваться термин гидробиология.
В 1913 г. в Московском сельскохозяйственном институте (бывшей Петровской, а ныне Тимирязевской сельскохозяйственной академии) на факультете рыбного хозяйства была открыта кафедра гидробиологии. Её основателем был Л. С. Берг. В 1914 г. в Московской высшей рыбохозяйственной школе С.А. Зернов начал читать курс гидробиологии. В 1921 г. в Москве им же было основано «Общество исследователей воды и её жизни». В этом же году вышел первый номер «Русского гидробиологического журнала» под редакцией А.Л. Бенинга, а в МГУ начал читать свой курс по гидробиологии В.М. Арнольди. Наконец, в 1924 г. в МГУ С.А. Зерновым была организована кафедра гидробиологии, то есть в МГУ появилось подразделение, предназначенное для научной деятельности и профессиональной подготовки гидробиологов.
Исходя из сказанного выше, вероятно, отсчёт истории отечественной гидробиологии как самостоятельной науки можно вести либо с 1913-1914 гг. (хотя представляется, что годы Первой мировой войны, революции и гражданской войны не способствовали становлению гидробиологии в России), либо с 1921-1924 гг. (эти даты более реальны).
Общий анализ развития гидробиологии с момента появления первых гидробиологических работ до настоящего времени позволяет выделить четыре периода развития этой науки.
Начальный период (конец XIX - начало XX вв.). Этот период характеризовался отработкой методов, приобретением опыта проведения гидробиологических исследований на море и пресноводных водоёмах, постановкой гидробиологических задач и выработкой общей концепции гидробиологии.
Период становления гидробиологии как самостоятельной науки (начало XX в. - начало Второй мировой войны). На этом этапе выработана концепция гидробиологии, появляются серьёзные обобщающие теоретические работы. Наряду с морскими исследованиями большое внимание уделяется гидробиологическим исследованиям пресноводных водоёмов.
Период активного развития и использования основ гидробиологических знаний в экономических целях (окончание Второй мировой войны - 1980-1990 гг.). В это время вновь возрастает государственный интерес к ресурсам моря: начинается, с одной стороны, активный вылов промысловых гидробионтов, а с другой - глубокое всестороннее исследование гидросферы с использованием всевозможных технических средств, включая космические и подводные аппараты, а также легководолазное снаряжение.
Период падения интереса к гидробиологии (с 1990-х гг. по настоящее время). К сожалению, в этот период во всем мире изменился вектор интересов больших администраторов от науки, имеющих финансовые ресурсы, к комплексному развитию различных направлений в науке, в частности, к классической биологии. Приоритеты исследова-
ния целостности живых систем ушли на второй план, а основными стали исследования, связанные с использованием методов молекулярной биологии.
Уверен, что в ближайшее время, исходя из здравого смысла, сложившихся экономических условий и ухудшения экологической обстановки как в России, так и в мире, должен наступить период нового проявления интереса к классической биологии, а также гидробиологии (период возрождения гидробиологии) и более рационального использования накопленных ею знаний.
В связи с тем, что становление гидробиологии как самостоятельной науки и её развитие в России практически связано с созданием и развитием кафедры гидробиологии биологического факультета МГУ, дальнейшее развитие гидробиологической науки и кафедры следует рассматривать в едином комплексе в русле интересов отечественной науки и экономических особенностей настоящего времени.
Что такое гидробиология
Гидробиология («hydon> - вода, «bios» - жизнь, «logos» - наука) является экологической наукой, которая изучает особенности функционирования водных экосистем. Диапазон интересов данной дисциплины в равной степени включает в себя как аутоэкологические (организменные) [термин принят на III Межд. ботаническом конгрессе в 1910 г. - прим. мое: А. К.], так и демэкологические (популяционные) и синэкологические (биоценологические) [термин предложен К. Шрётером в 1902 г. и принят на III Межд. ботаническом конгрессе в 1910 г.] исследования.
Гидробиология как отдельное самостоятельное направление биологической науки сформировалась и начала активно развиваться во второй половине XIX века. Предпосылками для этого послужили три естественные причины:
1. Необходимость оценки запасов промысловых гидробионтов, которые от безудержного вылова уже к середине XIX столетия стали резко сокращаться.
2. Задача поиска чистой воды, которая возникла к этому же времени в связи с существенным загрязнением пресноводных водоёмов промышленными стоками, и её решение во многих странах мира стало приоритетным для обеспечения нормального качества жизни населения.
3. Пересмотр роли гидробионтов. К этому времени было экспериментально показано, что гидробионты, с одной стороны, участвуют в процессах самоочищения водоёмов, а с другой - являются индикаторами состояния водной среды. Таким образом, уже во второй половине XIX века появилось научное обоснование как необходимости более глубокого академического изучения биологии и экологии этих организмов, так и практического использования гидробионтов для оценки качества воды и очистки водоёмов.
На первых этапах своего развития гидробиология занималась в большей степени экофизиологией отдельных водных организмов. По мере своего развития она перешла на изучение живых систем более высоких уровней организации - популяций и экосистем. Таким образом, гидробиология стала заниматься экологией водных надорганизмен-ных систем. Этому способствовал и тот факт, что данной проблематикой глубоко не занималась ни одна из существо -вавших в то время областей биологии.
На современном этапе гидробиология изучает как особенности экологической физиологии водных организмов отдельных видов, являющихся структурной единицей живых надорганизменных систем, так и особенности структуры и функционирования популяций и экосистем. Кроме того, это биологическое направление науки занимается вопросами взаимосвязи структуры и функций надорганизменных водных систем в связи с постоянно изменяющимися условиями окружающей среды.
Помимо живых систем, гидробиология изучает различные качественные характеристики среды обитания этих систем - гидросферы.
В настоящее время устоявшегося определения понятия «гидросфера» не существует. В ряде источников под гидросферой понимают поверхностные воды, находящиеся между литосферой и атмосферой. Чаще гидросфера рассматривается как прерывистая водная оболочка нашей планеты, находящаяся на поверхности земной коры и в её толще (по Михайлову и др., 2007), либо в трактовке А.С. Константинова - как жидкая оболочка Земли (Константинов, 1986). Интересно отметить, что в такой трактовке термин «гидросфера» очень созвучен с термином «Мировой океан», который ввёл в 1917 г. выдающийся русский океанограф Ю.М. Шокальский. Под «Мировым океаном» он понимал «совокупность всей непрерывной водной оболочки земного шара» (цит. по Пирожник и др., 2006). В формулировке А.Д. Добровольского «Мировым океаном называется непрерывная водная оболочка земного шара, над которой выступают элементы суши - материки и острова, которая обладает общностью солевого состава» (цит. по Пирожник и др., 2006). Таким образом, в определённом смысле, при решении отдельных задач, объём Мирового океана может рассматриваться как основная часть гидросферы.
При таком понимании гидросферы она представляет собой совокупность вод океанов, морей, водных объектов суши, т.е. рек, озёр, болот, подземных водных источников, ледников и снежных покровов. Но важно отметить, что в этом случае гидросфера не включает в себя два важных водных пула - влагу атмосферы и оводнённость живых организмов, которая достигает 60-90% веса организма. Поэтому, вероятно, наиболее правильно под термином «гидросфера» всё же понимать все природные воды Земли, участвующие в глобальном круговороте веществ. В этом случае в состав гидросферы должны входить и атмосферная влага, и оводнённость живых организмов. Именно такой подход был наиболее близок В.И. Вернадскому (Вернадский, 1934, 1960,1980).
В связи с тем, что вода, находящаяся в различных физико-химических состояниях, одновременно является и средой обитания, и условием, и ресурсом, а также основной составной частью всех живых организмов, включая гид-робионтов, то, в широкой трактовке, границы гидросферы должны практически совпадать с границами биосферы.
Таким образом, современная гидробиология реально является экологической дисциплиной биосферного масштаба. Более того, при таком понимании гидросферы формируется новое отношение к гидробиологии как стратегической науке, имеющей государственное и планетарное значение, что, в свою очередь, обязывает все государства выводить её в ранг приоритетных научных дисциплин современности. Кроме того, при таком понимании гидросферы по-новому начинает звучать тема биогеохимии и её неотъемлемой связи с гидробиологией (Вернадский, 1923). Вновь появляется необходимость анализа или правильной оценки переноса и вклада живого вещества, а соответственно химических элементов, в пределах трёх геосфер: гидросферы, литосферы и атмосферы на современном этапе.
Безусловно, сегодня правильное решение задач гидробиологии возможно только при системном и комплексном подходе и обязательно совместно со специалистами других областей науки - океанологии и лимнологии, гидрологии и гидрохимии, гидрогеологии и геоморфологии, почвоведения и биогеографии, метеорологии и климатологии, гляциологии, экономической географии и др.
Научные направления, задачи и методы гидробиологии
Главной задачей гидробиологии является изучение эколого-физиологических и чисто экологических процессов, протекающих в гидросфере и её пограничных областях. Результаты этих исследований дают возможность рационально использовать ресурсы водных, прибрежно-водных и всех наземных объектов, развивать аквакультуру, организовывать службы биологического мониторинга, оценивать качество воды, а также очищать воду, в том числе биологическими методами.
Как и на более ранних этапах развития гидробиологической науки, так и сейчас, при широком биосферном понимании гидросферы, а соответственно и гидробиологии, необходимо выделять как общее, так и частные направления (разделы) гидробиологии, ставить как первоочередные, так и второстепенные задачи.
Общий раздел гидробиологии - общая гидробиология - изучает основные, наиболее общие закономерности экологических процессов, характерные для гидросферы в целом, и выявляет их взаимосвязи с процессами, протекающими в атмосфере и литосфере. Особое значение имеет установление границ распространения живого вещества гидросферы, его биомассы и участия в формировании биосферы.
Вопросы, связанные с экологией водоёмов различных типов, т.е. морей, озёр, рек, ручьёв, каналов, ледников и других водных объектов - рассматривает частная гидробиология.
Кроме того, в рамках современной гидробиологии выделяют фундаментальные и прикладные направления. Среди основных прикладных направлений можно выделить продукционную, санитарную и техническую гидробиологию.
Несмотря на то, что гидробиология постоянно развивается, появляются новые направления, её основные фундаментальные экологические направления и практические задачи пока остаются неизменными. Могут меняться лишь их приоритеты.
Основные фундаментальные экологические направления гидробиологии
1. Оценка космической роли водных и прибрежно-водных фототрофных организмов (высших растений и водорослей) в формировании (в процессе фотосинтеза) первичной продукции и поддержании газового баланса атмосферы.
2. Разработка точных представлений о водных экосистемах как о структурах, формирующих поток вещества и энергии как в гидросфере, так и в биосфере в целом.
3. Создание концепции экологической ниши, согласно которой популяция каждого вида занимает своё определённое место в экосистеме.
Основные практические задачи гидробиологии:
1. Поиск способов оптимизации оценки и добычи гидробионтов.
2. Локальное повышение продуктивности промысловых гидробионтов, выращиваемых как в естественных, так и в искусственных условиях обитания.
3. Усовершенствование старых и разработка новых методов биологической очистки воды.
4. Усовершенствование методов экологической экспертизы, оценивающих значение влияния различных факторов, в том числе антропогенных, на состояние водных экосистем.
5. Участие в разработке нормативной базы и законов, связанных с оценкой качества воды и правилами использования водных ресурсов.
Современная гидробиология использует для исследований полевые и лабораторные методы. Более важными для гидробиологии являются полевые методы исследований, которые подразделяются на стационарные и экспедиционные.
Стационарные методы характеризуются проведением длительных (многолетних) наблюдений чаще всего на специально обустраиваемых станциях.
Экспедиции подразумевают кратковременные (недели, месяцы) исследования, в ряде случаев с использованием водного транспорта.
По-прежнему основным направлением полевых исследований является оценка качественного и количественного состава гидробионтов. Для этого используются планктонные сети, батометры, драги, дночерпатели, различные физиологические (флуоресцентный анализ) и биохимические методы. Очень информативными методами являются подводные фото- и видеосъемка, в том числе с использованием легководолазного снаряжения. Так как одним из важней-
ших направлений гидробиологии является оценка функциональной (в частности, энергетической и трофической) роли различных групп гидробионтов, то в арсенал исследований включаются такие биологические методы, как микробиологические, альгологические, микологические, геоботанические и другие.
Важнейшим условием современных гидробиологических исследований является использование методов дистанционного наблюдения и оценки различных характеристик с помощью локаторов, сонаров, эхолотов, аэрокосмических средств, автономных регистрирующих систем (автоматических гидрологических постов на реках, буйковых станциях в океанах). В настоящее время при помощи «спутниковой навигации» - GPS (global positioning system) решена проблема пространственной «привязки» результатов полевых работ к конкретному месту исследований.
Неотъемлемой частью гидробиологии являются методы экспериментальных исследований, которые проводятся либо в лабораториях с использованием искусственных аквариальных систем, либо в природных условиях.
Итоговым этапом всех гидробиологических исследований является теоретическое обобщение и анализ с использованием методов математического моделирования, системного анализа, учёт данных о закономерностях гидрологического районирования, что позволяет делать определённые прогнозы.
Вода как объект исследований гидробиологии
Углублённое изучение изменений качественных и количественных характеристик воды как среды, условий, ресурса и оводнённости гидробионтов является неотъемлемым разделом современной гидробиологии.
В своё время американские физики К. Девис и Дж. Дэй (Девис, Дэй, 1964) назвали воду зеркалом науки. Перефразируя это выражение, выдающийся отечественный исследователь и популяризатор науки Владимир Фёдорович Дерпгольц писал: «...отношение к воде - зеркало учёного-естествоиспытателя». Чем серьёзнее учёный относится к воде, тем выше он как учёный стоит в ряду своих коллег. Жизнь возможна даже без кислорода (анаэробы), но невозможна без воды (Дерпгольц, 1979). В связи с тем, что вода является не только средой обитания гидробионтов, но и их основной составной частью (до 90% сырой массы), то именно гидробиолог должен понимать и уделять большое внимание исследованию этой самой удивительной и аномальной (с точки зрения человека) химической субстанции.
В течение многих тысячелетий люди считали, что именно вода обладает свойствами, необходимыми для развития жизни, а в 1832 г. была опубликована книга английского натуралиста Вильяма Вивела «Астрономия и общая физика в отношении к теологии природы», в которой автор делает вывод об уникальных свойствах воды - вещества, созданного для жизни. В первой четверти XX столетия (во время становления гидробиологии как самостоятельного направления в науке) самым важным научным трудом была признана книга профессора Гарвардского университета Ло-уренса Хендерсона «Гармония окружающей среды», в которой автор, как и Вильям Вивел, приходит к тем же выводам относительно уникальных свойств воды и её значимости для жизни (цит. по Степанов, 2007).
Очень образно сказал о воде известный исследователь А. Сент-Дьердье (Сент-Дьердье, 1960): «Жизнь зародилась в воде, развивалась в воде, вода является её растворителем и средой. Она является "матрицей жизни"». «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое её бы не заключало. Всё земное вещество. ею проникнуто и охвачено»,- это слова В.И. Вернадского (Вернадский, 1960), которыми можно завершить небольшой обзор высказываний известных учёных о воде.
Учитывая всеобъемлющую значимость воды для гидробионтов и человека (Вода. Многоликая планета, 2005), именно гидробиология как комплексная биологическая наука должна, в ряде случаев совместно со специалистами других направлений науки, а порой самостоятельно, в рамках интересов только своей дисциплины, заниматься углублённым изучением качественных характеристик воды, включая внутреннюю воду самих гидробионтов.
Эти исследования, вероятно, следует проводить по следующим основным направлениям:
1. Глубокий анализ гидрохимических и физико-химических параметров воды, включая внутреннюю воду гид-робионтов.
2. Мониторинг экзометаболитов гидробионтов, в первую очередь токсичных.
3. Поиск комплекса факторов, способствующих продуцированию гидробионтами токсичных соединений.
4. Мониторинг роста и развития нетоксичных, но опасных гидробионтов (в частности, вредоносных водорослей), вызывающих массовую гибель других организмов.
5. Мониторинг (совместно с вирусологами, бактериологами, микробиологами, паразитологами и микологами) вирусной, бактериальной, микологической и паразитической форм гидробионтов в водных объектах.
6. Мониторинг появления и распространения вселенцев в водных объектах.
7. Анализ последствий влияния вселенцев на жизнь водного объекта.
8. Мониторинг загрязнения водных объектов разнообразными органическими и неорганическими химическими субстанциями.
9. Мониторинг загрязнения водных объектов радионуклидами.
10. Мониторинг термического загрязнения водных объектов.
Изучая физико-химические характеристики водной среды обитания гидробионтов, нельзя забывать о том, что изменения этой «внешней» воды отражаются на свойствах «внутренней» воды гидробионтов, которая составляет у некоторых организмов 99% их сырой массы. Соответственно это отражается и на физиологических и биохимических процессах, протекающих в организмах гидробионтов. Например, у фототрофов периодические изменения количества «внешней» воды при обсыхании или затоплении в литоральной и супралиторальной зоне, при очень сильном засолении или загрязнении водоёма отражаются на оводнённости тканей и клеток гидробионтов. В свою очередь, это обу-
словливает изменения протекания процессов ферментативных реакций, интенсивности фотосинтеза, дыхания, роста. Т.е. обеспеченность, в данном случае, первичных продуцентов - водных фототрофов (водорослей, водных и прибреж-но-водных растений) водой является важнейшим условием их нормальной жизнедеятельности, а в итоге - продукционных характеристик водных фототрофных организмов и, соответственно, трофических векторов, что и должны учитывать именно гидробиологи.
Итак, вода - среда, в которой совершаются сложные биохимические и биофизические процессы, в том числе фотосинтез. Однако в фотосинтезе она является не только средой, но и важнейшей химической субстанцией ключевой стадии (фотолиза) этого биосферного процесса.
Структура воды также оказывает серьёзное влияние на физиологические процессы водных фототрофов. Изменение её физико-химических свойств меняет подвижность воды в клетке, тканях и оказывает воздействие на энергетические процессы.
Большое значение для водных фототрофов имеют высокая теплоёмкость воды, способствующая относительной стабилизации температуры организмов; высокое поверхностное натяжение, оказывающее влияние на ход адсорбционных процессов; полярность молекул воды, обусловливающая ориентацию в электрическом поле и явление гидратации.
Очень важную роль играет способность воды испаряться, что предохраняет растения, в частности прибрежно-водные, от перегрева.
Что касается гидробионтов животного происхождения, то в этом случае вода, в первую очередь, играет важную роль в температурной регуляции тела. Она участвует в процессах пищеварения и усвоения пищи, что связано с переводом питательных веществ в раствор. Вода вымывает из клеток отработанные продукты обмена веществ и выводит их во внешнюю среду. Кроме того, она входит в состав плазмы крови. Интересно отметить, что состав плазмы крови очень близок к составу морской воды, которая покрывает, как известно, 71% поверхности Земного шара.
Так как водный обмен, а соответственно метаболизм и энергетическое состояние гидробионтов находятся в прямой зависимости от условий среды, то недостаточное изучение физико-химических характеристик воды именно гидробиологами может привести к ошибочным выводам и, как следствие, неверной экстраполяции полученных данных.
Не менее важным, чем изучение физико-химических характеристик воды, аспектом гидробиологии является анализ загрязнения гидросферы различными химическими веществами (Бурдин и др., 2002).
Помимо «традиционных загрязнителей», которым уделялось и уделяется достаточное внимание, в последнее время всё большее влияние на качество воды начинают оказывать «новые ядовитые вещества», выделяемые, например, твёрдым поликарбонатным пластиком и краской с корпусов кораблей. Ещё пять лет назад считалось, что пластик и краска, которой покрыты днища кораблей, не разлагаются под действием естественных факторов. В настоящее время показано, что эти субстанции в океане все-таки разлагаются, выделяя при этом поражающий эндокринную систему Бисфенол-А. Бисфенол-А является природным эстрогеном. Повышенная концентрация Бисфенола-А в воде негативно сказывается на жизнеспособности морских обитателей, а посредством их - и человека. Канадские учёные показали, что Бисфенол-А увеличивает риски возникновения рака простаты и груди. Более того, у человека наблюдаются необратимые перестройки в мозгу. Интересно отметить, что в морской воде, окружающей более чем 20 стран Юго-Восточной Азии и Северной Америки, содержание Бисфенола-А уже сегодня составляет около 50 г/м3воды, а это уже опасно.
В настоящее время в России идёт широкое внедрение новых технологий производства (например, производства пива, йогурта, кондитерских изделий), а это требует параллельного развития и современных локальных очистных сооружений. К сожалению, эти сооружения не всегда приобретаются в комплекте с основным производственным оборудованием из-за их дороговизны, а сточные воды нового производства сбрасываются в старые, не предназначенные для этого, городские канализационные системы. В результате этого, если реально посмотреть на ситуацию в России, то следует признать, что количество промышленных поллютантов и их разнообразие в стране ежегодно возрастает. Сооружения биологической очистки c использованием активного ила (запатентованные ещё 1914 г. в Англии) на современном этапе уже не справляются с новым набором и количеством загрязнителей. Поллютанты накапливаются в осадках или проходят транзитом через очистные сооружения, загрязняя водоём, принимающий сточные воды. В результате под воздействием токсичных сточных вод промышленных предприятий биоценозы активного ила на очистных сооружениях значительно обедняются по количеству видов или даже погибают. Развивается вспухание активного ила. Аналогичные процессы могут происходить и в природных биоценозах, обеспечивающих процессы самоочищения в водоёмах-приёмниках сточных вод. Мониторинг аналогичных процессов, оценка последствий и их устранение становятся новой и важной задачей современной гидробиологии.
Кроме того, с расширением площади городов и застройкой бывших свалок, очень опасным загрязнителем водной среды в ряде регионов России становится ранее захороненный неорганический экотоксикант - ртуть (Горбунов и др., 2015). Помимо того, что даже достаточно низкие концентрации ртути, особенно её органические соединения, вызывают широкий спектр биохимических и физиологических нарушений, ртуть обладает свойствами практически абсолютной персистентности. Интересно отметить, что содержание ртути в крови жителей Санкт-Петербурга в 3-4 раза выше, чем у жителей Германии (Малов, Александрова, 2010).
Не менее опасными загрязнителями воды являются медицинские и биологические отходы, количество которых, в связи с безответственностью людей, с каждым годом становится всё больше. В этих отходах кроется опасность, обусловленная не только наличием в них всевозможных медицинских препаратов, токсических и радиоактивных веществ, но и возбудителей различных инфекционных заболеваний. Так, например, если в 1 г бытовых отходов содержание
микроорганизмов колеблется от 0,1 до 1млрд, то в медицинских отходах это число возрастает до 200-300 млрд. (Жуков, Васильев, 2009).
Представляется, что с развитием новых технологий, расширением территории городских поселений должны появиться и новые виды загрязнителей водной среды. Поэтому, как уже говорилось выше, мониторинг этих новых видов загрязнителей, оценка их влияния на окружающую среду и устранение этих последствий, должны быть в постоянном поле зрения гидробиологии.
В последнее время всё большее влияние на качество воды начинают оказывать экзометаболиты самих гидро-бионтов, в связи с чем возникает необходимость уделять повышенное внимание изучению как самих экзометаболитов (их биохимии, уровню токсичности, выделению, миграции и т.д.), так и их воздействия на воду. Примером таких веществ могут служить, в частности, токсичные экзометаболиты водорослей, которые в большинстве случаев синтезируются только при определённых условиях, формирующихся в водной среде, например, при изменении температуры воды, количества и качества биогенов, появлении определённой бактериальной флоры. В результате токсины выделяются в воду, в атмосферу, мигрируют по пищевым цепям и попадают в организм человека, вызывая очень серьёзные заболевания, которые могут длиться годами (Vershinin et al., 1997, 2004;Vershinin, Kamnev, 2001; Рябушко, 2003).
В группу токсичных экзометаболитов водорослей входят вещества с самой разной химической структурой и механизмом действия.
В первую очередь необходимо отметить паралитические токсины, основным химическим компонентом которых является сакситоксин - блокатор натриевых каналов. Он вызывает респираторный паралич, а в острых случаях приводит к летальному исходу. Токсины этой группы выделяются динофлагеллятами (род Alexandrium). Отдельные представители этой опасной группы уже проникли и активно размножаются в Черном и Балтийском морях (Vershinin et al. 2004).
Не менее опасными являются амнезические токсины, основой которых служит домоевая кислота и её производные, а продуцентами являются диатомовые водоросли рода Nitzschia.
Во время цветения некоторых динофлагеллят, например, Gymnodinium breve, в атмосферу выделяется бреве-токтин, который является сильнейшим нейротоксином. В этом случае поражение наступает при вдыхании воздуха в прибрежной зоне.
Очень важно вести контроль за ростом и развитием динофитовых водорослей рода Dinophysis и Prorocentrum, которые даже в незначительных количествах (порядка десятка тысяч клеток в литре) являются опухолевым промотором, продуцируя окадаевую кислоту.
Для тропических районов опасным токсином является сигуатоксин, выделяемый динофлагеллятами коралловых рифов - Gambierdis custoxicus, Prorocentrum spp.
Опасными являются гепатотоксины ряда пресноводных сине-зелёных водорослей. Кроме разрушительного действия на ткани печени, эти токсины могут вызывать дерматиты.
И это лишь небольшой список экзометаболитов гидробионтов, которые должны находиться в постоянном поле зрения гидробиологов.
Не менее важным является контроль за нетоксичными морскими водорослями, но опасными для рыб и беспозвоночных. Это особенно актуально при ведении марикультуры. Например, нити диатомей Chaetoceros convolutes и C. coucavicornis забивают жабры рыб, что приводит к массовому замору в рыбных хозяйствах.
Некоторые динофлагелляты, например, Prymnesium parvum, P. patelliferum, Gymnodinium mikimotoi и др. выделяют гемолизины. У рыб повреждаются жаберный эпителий, вызывая гемолиз.
В закрытых и относительно закрытых акваториях важно вести контроль за видами, которые могут вызывать массовое цветение, а в итоге приводить к катастрофическому уменьшению содержания кислорода в воде и к заморам гидробионтов.
Необходимость контроля за вредоносными водорослями определяется также их влиянием на морскую фауну. Известно большое количество случаев массовой гибели морских млекопитающих, птиц, рыб, беспозвоночных в результате вспышек численности токсичных видов водорослей.
Важно подчеркнуть, что загрязнение водной среды экзотоксинами уже неоднократно приводило к колоссальным катастрофам на рыбоводческих фермах. Единоразовые ущербы отдельных компаний Японии, Норвегии, Канады составляли до 500 млн. $. Имеются основания предполагать вовлеченность токсичных водорослей и в экологическую катастрофу 1991 г., происшедшую на Белом море. К сожалению, в то время наши специалисты были не готовы справиться с возникшей проблемой.
В большинстве стран мира, кроме России, достаточно давно существует законодательная база по токсинам гид-робионтов. Определены ПДК и ведётся постоянный контроль за содержанием этих веществ в гидробионтах. Особое внимание мониторингу токсичных видов гидробионтов уделяется в районах с развитой марикультурой.
Следующее важное направление при оценке качества гидросферы - мониторинг за вселенцами, которые, например, как моллюск Rappana или гребневик Mnemiopsis (вселенцы в Чёрное море), могут полностью изменить всю структуру экосистемы водного объекта.
В настоящее время на качество воды, помимо традиционных факторов биогенного и абиогенного происхождения, существенное влияние начинает оказывать антропогенный абиотический фактор - волновое (электромагнитное) излучение (Гапочка, 2013). Оно изменяет различные физико-химические характеристики воды, а соответственно, гидросферы в самом широком понимании этого термина. Поэтому этот фактор тоже необходимо учитывать при проведении гидробиологических исследований.
Список литературы
1. Абакумов В.А. К истории контроля качества вод по гидробиологическим показателям // Научные основы контроля качества вод по гидробиологическим показателям. - Л.: Гидрометеоиздат, 1981. - С. 46-74.
2. Богословский Б.Б. Озероведение. - М.: Изд-во МГУ, 1960. - 336 с.
3. Блинова Е.И., Вилкова О.Ю., Малютин Д.М., Пронина О.А. Изучение экосистем рыбохозяйственных водоёмов, сбор и обработка данных о водных биологических ресурсах, техника и технология их добычи и переработки. Вып. 3. Методы ландшафтных исследований и оценки запасов донных беспозвоночных и водорослей морской прибрежной зоны // Научно-технические и методические документы. - М.: ВНИРО, 2005. - 134 с.
4. Буданцев А.Л. Оценка современного состояния ресурсов важнейших лекарственных и пищевых растений флоры России // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 87-92.
5. Бурдин К.С., Камнев А.Н., Спиридонов В.А. Научно-технические и экономические проблемы использования макроводорослей для очистки морской среды от загрязнений // Наука и промышленность России. 2002. - № 9. - С. 13-18.
6. Вернадский В.И. Живое вещество в химии моря. - Пг.: Науч. хим.-техн. изд-во, 1923. - 36 с.
7. Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии. 1. Значение биогеохимии для изучения биосферы. - Л.: Изд-во АН СССР, 1934. - 47 с.
8. Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. 1922-1932 гг. - М.; Л.: АН СССР, 1940. - 250 с.
9. Вернадский В.И. Избранные соч. Т.4, кн. 2. История природных вод. - М.: АН СССР, 1960. - 657 с.
10. Вернадский В.И. Проблемы биогеохимии. - М.: Наука, 1980. - 320 с.
11. Винберг Г.Г. Гидробиология // История биологии (с начала ХХ века до наших дней). - М.: Наука, 1975. - С. 231-248.
12. Винберг Г. Г. Взаимозависимость общегидробиологических и рыбохозяйственно-гидробиологических исследований // Сб. тр. ГосНИОРХ. 1984. - Вып. 223. - С. 3-10.
13. Виноградов К.А. Очерки по истории отечественных гидробиологических исследований на Черном море. - Киев: АН УССР, 1958. - 155 с.
14. Виноградов К.А. К истории гидробиологических исследований на Черном море за 60 лет советской власти // Гидробиол. журн. 1977. - № 5. - С. 66-77.
15. Вода. Многоликая планета / Под ред. А. Журавлева. - М.: Бук Хаус, 2005. - 296 с.
16. Возжинская В.Б., Камнев А.Н. Эколого-биологические основы культивирования и использования морских донных водорослей. -М.: Наука, 1994. - 202 с.
17. Вомперский С.Э., Ковалев А.Г., Глухова Т.В., Смагина М.В., Ерофеев А.Е. Современное торфонакопление и первичная продукция олиготрофных болот и влияние на них гидролесомелиорации // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 254-265.
18. Гапочка М.Г. Экологические аспекты взаимодействия электромагнитных полей миллиметрового диапазона с биологическими объектами» / Автореф. дис. докт. биол. наук. - М.: МГУ, 2013. - 49 с.
19. Горбунов А.В., Грановская Г. А., Ермолаев Б.В., Ильченко И.И., Фронтасьева М.В., Павлов С.С. Оценка содержания ртути в диагностических биоматериалах различных групп населения урбанизированных территорий московского региона // Экология урбанизированных территорий. 2015. - №. 2. - С. 16-24.
20. Девис К., Дэй Дж. Вода - зеркало науки. - Л.: Гидрометеоиздат, 1964. - 152 с.
21. Дерпгольц В.Ф. Мир воды. - Л.: Недра, Ленинградское отделение, 1979. - 254 с.
22. Жуков В.В., Васильев В.П. Неправительственные организации объединяют усилия // Твёрдые бытовые отходы. 2009. - Октябрь. - С. 22-23.
23. Заика В.Е. К столетию гидробиологии // Экология моря. 2003. - Вып. 63. - С. 81-83.
24. Зернов С.А. Опыт синхронической таблицы по развитию гидробиологии, ихтиологии и других ближайших наук // Русский гидробиологический журнал. 1921. - № 1. - С. 1-6.
25. Зернов С.А. Общая гидробиология. - М.- Л.: АН СССР, 1949. - 587 с.
26. Зенкевич Л.А. О задачах, объекте и методе морской биогеографии // Зоол. журн. 1947. - Т.26, № 3. - С. 201-220.
27. Зенкевич Л.А. Биология морей СССР. - М.: Наука, 1963. - 739 с.
28. Камнев А.Н. Опыт создания системы непрерывного деятельного биологического образования // Материалы совещания комиссии по биологическому образованию международного союза биологических наук (СВЕ - IUBS) 25-30 августа 1997. - Москва, МГУ, 1997. - С. 65-67.
29. Камнев А.Н., Камнев О.А., Панов В.И. Экологические и психолого-педагогические предпосылки деятельного экологического образования // Экосихологические исследования - 3 / Под ред. В.И. Панова. - М.: Психологический институт РАО. - СПб.: Нестор-История, 2013 - С. 245-275.
30. Камнев А.Н. Проект «Отдых и учёба с радостью»: научно-приключенческие программы «Океания», «Вождь краснокожих», «Храброе сердце», «Лес полон знаний», «Новый опыт», «Lingvocamp» как инструмент образования и воспитания детей и молодёжи // Проблемы региональной экологии. 2014. - № 6. - С. 171-174
31. Камнев А.Н. Гидробиология: вчера, сегодня, завтра. Концепция возрождения гидробиологических кафедр в России (на примере развития отдельно взятого подразделения университета) // Вопросы современной альгологии. 2015. - № 3 (10). - http:// algology.ru/852
32. Кафанов А.И., Кудряшов В.А. Морская биогеография. - М.: Наука, 2000. - 176 с.
33. Киселев И.А. История планктологии // Морской и пресноводный планктон. - Л., 1987. - С. 5-25.
34. Китаев С.П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. - Петрозаводск: Карельск. НЦ РАН, 2007. - 395 с.
35. Козлов В.И. Аквакультура в истории народов с древнейших времён. - М.: ДФ АГТУ, 2002. - 349 с.
36. Константинов А.С. Общая гидробиология. - М.: Высшая школа, 1986. - 472 с.
37. Кузнецов О.Л., Антипин В.К., Грабовик С.И., Дьячкова Т.Ю., Токарев П.Н. Растительные ресурсы болот России // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 195-201.
38. Кузьмин С. Л. Эксплуатация ресурсов земноводных в России // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 138-146.
39. Малов А.М., Александрова М.Л. Ртуть всегда рядом с нами! // Твердые бытовые отходы. 2010. - Сентябрь. - С. 48-49.
40. Михайлов В.Н., Добровольский А. Д., Добролюбов С.А. Гидрология. - М.: Высшая школа, 2007. - 464 с.
41. Павлов Д.С., Стриганова Б.Р. Биологические ресурсы России и основные направления фундаментальных исследований // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 4-20.
42. Пирожник И.И., Рылюк Г.Я., Еловичева Я.К. География Мирового океана. - Минск: ТетраСистемс, 2006. - 316 с.
43. Протасов А.А., Карпинский М.Г. Гидробиология в датах // Морской экологический журнал. 2011. - Т. 10, № 3. - С. 86-91.
44. Рябушко Л.И. Потенциально опасные микроводоросли Азово-черноморского бассейна. - Севастополь, 2003. - 286 с.
45. Сент-Дьердье А. Биоэнергетика. - М.: Физматгиз, 1960. - 155 с.
46. Силкин В.А., Хайлов К.М. Биоэкологические механизмы управления в аквакультуре. - Л.: Наука, 1988. - 230 с.
47. Степанов А.М. Вода. Ее физические и лечебные свойства. - М.: Народная мастерская качества жизни, 2007. - 278 с.
48. Фёдоров В. Д. Кафедре гидробиологии Московского университета 90 лет: прошлое и настоящее. - М.: ООО «ПКЦ Альтекс», 2014. - 160 с.
49. Цоглин Л.Н., Пронина Н.А. Биотехнология микроводорослей - М.: Научный мир, 2012. - 184 с.
50. Шатуновский М.И., Бобырев А.Е. Современное состояние и динамика рыбных ресурсов пресных водоемов России // Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2005. - С. 121-131.
51. Шикломанов И. А. Мировые водные ресурсы в начале XXI века в условиях повышения эффективности использования пресных вод. // Водные ресурсы - проблема XXI века. 2004. - С. 135-157.
52. Vershinin A., Kamnev A. Harmful algae in Russian European coastal waters // 9th Int. Conf. on Harmful algal blooms: Proceedings. Hobart, Australia, 7-11 February 2000. - UNESCO. 2001. - P. 112-114.
53. Vershinin A., Zernova V., Kamnev A. Toxic and potential toxic algae in Russian European coastal waters // Abstr. Sixth International Phycological Congress. 9-16 August 1997. Leiden // Phycologia. 1997. - Vol. 36, N 4. - P. 70-71.
54. Vershinin А.О., Moruchkov A.A., Sukhanova I.N., Kamnev A.N. , Pan'kov S.L., Morton S.L., Ramsdell J.S. Seasonal Changes in Phy-toplankton in the Area of Cape Bolshoi Utrish of the Northern Caucasian Coast in the Black Sea, 2001-2002 // Океанология. 2004. Т. 44, № 3. - P. 372-376.
