Прицнипы отбора биологических переменных.

Возникновение потребности в разработке конкретных программ биологического мониторинга привело к необходимости составления приоритетных списков структурных и функциональных переменных по уровням организации. На пути преодоления этих трудностей за основу было взято несколько существующих в литературе схем уровней организации живого B соответствии со схемой Ю. Одума (1975),спектр уровней организации изображается в виде горизонтального ряда. По мнению Одума, все уровни в равной степени заслуживают внимания исследователей. Двигаясь слева направо, от генетических сисистем до экосистем, одни переменные становятся более важными и изменчивыми, в то время как важность других становится пренебрежительно малой, a их изменчивость едва заметной. Если в основу наложить схему уровней организации, предложенную H. П. Наумовым (1972), то картина будет иная (табл. 1).

Иерархия структуры органического мира. (табл. 1)

При таком подходе H. П. Наумову удалось выделить характерный уровень иерархии структуры органического мира, на котором живые системы способны к изолированному существованию и самостоятельному воспроизведению. Обычно неизвестен характер связи между показателями низшего и среднего уровней и основным показателем, которым обладает только высший уровень -воспроизводство. Поэтому в токсикологических опытах предпочтение отдают наблюдениям за структурными и функциональными параметрами именно высшего, a не среднего и низшего уровней. Набор биологических откликов для низшего и среднего уровней молекулярно-клеточной и организменной ступеней зависит главным образом от степени развития методических приемов, которые приходят из физики, химии, кибернетики и других наук. Широкий арсенал методических приемов позволяет получать разнообразную информацию как о структуре жизненно важных макромолекул, биомембран и органоидов клетки, так и о кинетике внутриклеточных процессов.

Для практических нужд в первую очередь используются простые методы, с помощью которых можно измерять физиолого-биохимические показатели, имеющее высокую корреляцию с такими важными переметными, как смертность, рождаемость, продолжительность жизни и др.

Механизмы, лежащие в основе поражения отдельных клеток, организмов, популяций или сообществ при воздействии одного и того же повреждающего фактора, будут отличаться друг от друга, т.к. каждая из ступеней структуры живого описывается определенным набором переменных, принадлежащих только данной ступени. Включению биологических переменных в программы биологического мониторинга предшествует отбор переменных, исходя из определенных критериев. B первую группу были включены критерии, отражающие фундаментальность биологического воздействия, во вторую - оценивающую эффективность биологических измерений и в третью - практическую ценность переменных, предлагаемых для включения в программы мониторинга.

Первая группа охватывает следующие критерии:

1. существование связи между выбранной переменной и такими показателями, как рост, воспроизводство, выживаемость особей, популяции, сообщества и экосистемы;

2. характер связи между наблюдаемой переменной и откликами на низших и высших уровнях организации;

3. специфичность отклика переменной к фактору, его вызывающему;

4. возможность возврата переменной к своему первоначальному значению после прекращения действия возмущающего фактора;

5. специфичность действия фактора для определения группы организмов.

Вторую группу составляют следующие критерии:

1. характер связи отклика переменной с действующим загрязнением;

2. интенсивность действующего фактора, вызывающего наблюдаемый отклик переменной;

3. пределы изменения величины действующего фактора, вызывающие наблюдаемый эффект;

4. величина отрезка времени, в течение которого формируется отклик (часы, дни, годы);

5. легкость обнаружения превышения “сигнала” отклика над природным фоном (шумом”);

6. точность измерения наблюдаемого отклика переменной.

B третью группу критериев входят:

Оценка стоимости измерения отклика переменной, которая включает стоимость капитального оборудования, обучения персонала и штатов, a также оценка диапазона использования отклика переменной в программах биологического мониторинга. Обычно программы биологического мониторинга строятся таким образом, чтобы он включали намерение как неспецифических, так и специфических биологических откликов. Так как отклики на высших уровнях организации (популяции и сообщества) более важны с экологической точки зрения, по практически не несут информации об изменениях на низших уровнях организации - клеточном и молекулярном. B то же время последние являются более чувствительными и специфичными показателями. В этом случае выбранная биологическая переменная будет либо общим (неспецифическим) показателем изменений окружающей среды, так как загрязнение обычно представляет собой комбинацию разнообразных веществ и переменных окружающей среды, либо специфическим откликом на известный класс веществ, выбранный для определения связи “причина-эффект”. Если программой биологического мониторинга предусмотрена оценка состояния окружающей среды с учетом общих и специфических показателей, то в программу надо включать биологические переменные, отвечающие разным уровням биологической организации.

Молекулярный уровень.

Рассматривая два организма на молекулярном уровне, принадлежащие к одному семейству или отряду, a иногда и к разным таксонам, мы видим больше сходства, чем различия. Высокая степень сходства молекулярно-клеточной организации и биохимических превращений по сравнению с более высокими уровнями организации не может не удивлять. Это удается проследить при переходе от самого низкого уровня организации живого к высшему. И, несмотря на то, что различие удается установить только на молекулярном уровне организации, атомный, т. е. домолекулярный, уровень не входит в иерархическую структуру живого органического мира; оказывается, что именно здесь обеспечивается высокая степень универсализма как структуры и функции молекул, так и биохимических реакций. Заметные различия обнаруживаются даже у близкородственных видов только при переходе на более высокие уровни организации (ткань, органы, организм).

Эти соображения позволяют предположить, что ответные реакции разных организмов, относящихся к одному семейству или роду, при действии токсических веществ на молекулярном уровне не будут сильно различаться. Это в свою очередь дает возможность экстраполировать результаты, полученные в опытах с одними организмами на тканевом или организменном уровне. B настоящее время имеется большой выбор переменных, используемых в биохимии и молекулярной биологии, которые могут быть включены в программы мониторинга, осуществляемого для молекулярного уровня. B соответствии с ранее описанными критериями к молекулярному уровню отнесены следующие биологические переменные: отношение концентраций таурин/глицин, концентрация металлотионеинов, содержание стероидов, содержание оксигеназы со смешанной функцией, энергетический заряд, хромосомные нарушения. Перечисленные биологические переменные можно разделить, на две группы: специфические, реагирующие на определенные вещества, и неспецифические, реагирующие на любые воздействия, включая загрязняющие и биогенные вещества.