cover

Artykuły

Małże jako bioindykatory w systemie SYMBIO

Bioindykacja jest metodą, wykorzystującą organizmy żywe jako wskaźniki zanieczyszczenia środowiska. Na ogół wykorzystuje się je do oceny stopnia degradacji środowiska naturalnego czy określenia zmian zachodzących w biocenozie lub ekosystemie. Bioindykatorami mogą być gatunki zwierząt czy roślin o wąskim zakresie tolerancji w stosunku do określonego czynnika (tzw. gatunki stenotopowe). Organizmy wskaźnikowe wybierane są pod kątem szczególnej wrażliwości na określone związki chemiczne. Ich reakcje stanowią rodzaj alarmu, ostrzegającego przed skażeniem.
Bioindykację wykorzystuje się w wodociągach do oceny stanu jakości wody zarówno ujmowanej (z ujęć powierzchniowych - jezior i rzek oraz podziemnych) jak i uzdatnionej. Stopień zanieczyszczenia wody określa się na bazie hodowli krótkoterminowych, zwanych biotestami lub prowadzi się obserwacje długoterminowe, rejestrując w sposób ciągły zachowanie organizmów wodnych tzw. biomonitoring. Zmiany behawioralne bioindykatorów są przejawem stresu, wynikającego z niekorzystnego czy szkodliwego działania czynników zewnętrznych. Kryteria doboru organizmów, które będą optymalnie funkcjonować w systemie biomonitoringu są ściśle określone:
- muszą reagować szybko i niezawodnie na zmiany w środowisku,
- ich reakcje powinny być jednoznaczne i łatwe do zinterpretowania (biologicznie i statystycznie),
- utrzymanie organizmów wskaźnikowych w warunkach laboratoryjnych powinno być niekłopotliwe i nie wymagać dużych kosztów,
- warunki i tryb życia tych organizmów muszą pozwalać na automatyczne i ciągłe monitorowanie ich zachowań.
Małże w stosunku do innych organizmów, które wykorzystywane są jako bioindykatory (ryby, glony, skorupiaki, bakterie) posiadają wiele korzystnych cech:
- mają stosunkowo duże rozmiary, co ułatwia obserwację, 
- cechują się małą aktywnością, co minimalizuje stres wynikający z warunków, w jakich prowadzony jest monitoring (przytwierdzenie do postumentów),
- w okresie monitorowania nie wymagają dokarmiania, 
- osobniki w populacji pod względem wielkości są mało zróżnicowane, co ułatwia jednoznaczną ocenę całego systemu.

System biomonitoringu SYMBIO, do oceny stanu jakości wody wykorzystuje małże słodkowodne z gatunku Unio tumidus (skójka zaostrzona). Reagują one na wzrost stężenia substancji toksycznych, niebezpiecznych również dla człowieka, zamknięciem muszli, 
Na system SYMBIO składają się trzy segmenty:
- Akwarium przepływowe
W akwarium, do którego doprowadzana jest badana woda umieszczonych jest 8 osobników małży, przytwierdzonych do postumentów. Pojawienie się w wodzie substancji zanieczyszczającej wywołuje u nich reakcję stresową, przejawiającą się zamknięciem muszli. Zmiany stopnia otwarcia skorupek muszli rejestrowane są przez czujniki, zainstalowane na muszlach i sondy hallotronowe, doprowadzone do postumentów.
- Sterownik systemu
Do sterownika doprowadzane są sygnały odbierane przez sondy. Rolą sterownika jest analiza danych i ich przetwarzanie na postać cyfrową oraz generowanie sygnału alarmowego w razie wystąpienia skażenia wody. Sterownik jest również odpowiedzialny za udostępnianie przetworzonych informacji do systemu nadrzędnego (komputera). 
- Komputer PC
Komputer jako system nadrzędny odbiera informacje ze sterownika. Jego zadaniem jest wizualizacja danych, a także ich archiwizacja i tworzenie raportów. Komputer przedstawia w postaci graficznej procentowy stopień otwarcia skorupek małży 
z poszczególnych stanowisk oraz średni stopień otwarcia muszli dla całej populacji. Alarm sygnalizowany jest na monitorze oraz w postaci dźwiękowej przez głośniki komputera. 
Do systemu biomonitoringu małże pozyskiwane są z czystych akwenów wodnych, pozbawionych bezpośrednich, punktowych dopływów zanieczyszczeń oraz spływów ze zlewni użytkowanej rolniczo. Warunek ten musi być spełniony, aby organizmy wskaźnikowe zachowały odpowiednią wrażliwość na zmiany w środowisku. W miejscu odłowów przeprowadza się selekcję organizmów, biorąc pod uwagę wielkość, wiek i kondycję osobników. Po przywiezieniu małży do laboratorium rozpoczyna się ich stopniową, trwającą ok. dwóch tygodni aklimatyzację. Do układu SYMBIO wykorzystywanych jest jednorazowo 8 osobników, które umieszczane są w systemie na okres 3 miesięcy. Wyniki testów wykazały, że okres ten jest optymalny dla ich funkcjonowania w układzie, bez konieczności dokarmiania. Ponieważ SYMBIO montowany jest za ujęciem wody, a woda nie uzdatniona posiada stosunkowo dużo substancji mineralnych i organicznych, małże mogą wykorzystać je jako pokarm. Po upływie 3 miesięcy osobniki w układzie zostają wymienione na inne, a poprzednio wykorzystane wracają do środowiska naturalnego.

Ciało małży jest dwubocznie symetryczne Składa się z tułowia oraz nogi, natomiast głowa jest zredukowana i jest to ich cecha charakterystyczna. Muszla, złożona z dwóch połówek, wyścielona jest płatem skórnym tzw. płaszczem, tworzącym dwa duże fałdy. Między fałdami płaszcza, a ciałem powstaje jama płaszczowa, w której umieszczona jest noga i skrzela. Często brzegi fałdów płaszczowych zrastają się na pewnym odcinku, tworząc od dwóch do czterech otworów, tzw. syfonów. Za pośrednictwem syfonów jama płaszczowa komunikuje się ze środowiskiem zewnętrznym. Połówki muszli okrywają i chronią ciało z boków i zwykle są jednakowo rozwinięte. Muszla zbudowana jest prawie zawsze z trzech warstw: zewnętrznej - rogowej (utworzonej z organicznej substancji konchiolinowej), środkowej - porcelanowej (wapiennej) i najdelikatniejszej, wewnętrznej - perłowej (wapiennej o charakterystycznym połysku). To właśnie ta wewnętrzna warstwa jest odpowiedzialna za wytwarzanie cenionych przez nas pereł. Do wytwarzania pereł zdolne są wszystkie gatunki małży, ale te najbardziej cenione perły produkowane są przez perłopławy. Ażeby mogła powstać perła kawałek nabłonka płaszcza, z którego powstaje wewnętrzna warstwa muszli, musi zawędrować do wnętrza ciała. Ciekawe jest to, że przyczyną powstawania pereł nie zawsze są ziarenka piasku, ale równie często jaja i larwy pasożytów (tasiemce, przywry, roztocza). 
Małże są bardzo mało aktywnymi zwierzętami, żyjącymi na dnie zbiorników wodnych, często do połowy lub całkowicie pogrążone w podłożu. Niektóre formy prowadzą osiadły tryb życia przyczepiając się do podwodnych przedmiotów, skał kamieni lub dużych glonów nicią, wytwarzaną przez specjalny gruczoł (tzw. gruczoł bisiorowy) lub przyrastają do podłoża jedną z połówek muszli. Inne gatunki, do których należy Unio tumidus (skójka zaostrzona) prowadzą grzebiący tryb życia, zagłębiając się w dnie za pomocą nogi. Nad powierzchnie dna skójka wysuwa tylko tył muszli wraz z syfonami. Żyje w wodach stojących, jeziorach i stawach oraz wolno płynących rzekach. Zasiedla dno piaszczyste i muliste.
Małże przepuszczają przez jamę płaszczową ogromne ilości wody, której stały przepływ spowodowany jest pracą urzęsionego nabłonka jamy płaszczowej, skrzeli i płatów przygębowych. Odżywianie jest bierne. Przez dolny otwór tylny (syfon wpustowy) do jamy płaszczowej wpływa woda, która niesie cząstki pokarmowe i zapas tlenu. Opłukuje skrzela i przepływając oddaje tlen. Urzęsiony nabłonek powoduje ruch wody i osadzanie się drobin pokarmu na powierzchni skrzeli, a dalej przesuwanie ich w kierunku otworu gębowego, otoczonego z dwóch stron tzw. żagielkami (płatami przygębowymi). Na pokarm małży składają się cząsteczki detrytusu czyli martwej materii organicznej, organizmy planktonowe o niewielkich rozmiarach oraz bakterie. Stały przepływ wody umożliwia oczyszczenie jamy płaszczowej z wydzielin i wydalin zwierzęcia. Wyprowadzana jest ona wraz z ekskrementami górnym otworem tylnym (syfon wypustowy). W warunkach naturalnych małże otwierają i zamykają za pomocą mięśni połówki muszli, umożliwiając tym samym przepływ wody i pracę urzęsionego nabłonka, a czas całkowitego zamknięcia nie przekracza nigdy pięciu sekund. Szybkość ruchów skorupek jest wyrazem ich aktywności. 

Małże reagują na pojawienie się w wodzie substancji toksycznej w wodzie natychmiastowym zamknięciem muszli i w konsekwencji zaprzestaniem czynności życiowych. Potem następuje kolejno czasowe otwieranie i zamykanie skorupek. Długość okresów zamknięcia i otwarcia (aktywności) jest różna u różnych gatunków i zależy też w dużej mierze od stężenia substancji toksycznej. Zamknięcie muszli może trwać kilka godzin. W tym czasie małże ograniczają swoją aktywność życiową, zwalniając metabolizm i przestrajając go na oddychanie beztlenowe. Pod względem energetycznym jest to sytuacja bardzo niekorzystna i dlatego choć na krótki czas muszą one "zaczerpnąć tchu", powracając do oddychania tlenowego. Z tego właśnie względu pojawiają się okresy otwarcia. Wzrost stężenia substancji zanieczyszczającej w wodzie powoduje ich skrócenie, a wydłużenie okresów zamknięcia skorupek. W sytuacji stresowej, w okresach otwarcia znacznie wzrasta aktywność małży, co wyraża się zwiększeniem częstotliwości ruchów muszli i co za tym idzie intensywności filtracji i procesów metabolicznych. Ostateczną formą reakcji stresowej, kiedy ekspozycja na czynnik toksyczny jest zbyt długa, jest śmierć organizmu.
Małże aktywnie reagują na incydentalne zanieczyszczenia wody. Reakcja na skażenie niektórymi metalami ciężkimi, niebezpiecznymi dla człowieka (szczególnie rtęcią, miedzią i kadmem), formaldehydem czy pestycydami (lindan) jest natychmiastowa. Małże reagują gwałtownie również na podwyższone ilości żelaza, chloru i azotu amonowego. Przy zanieczyszczeniu spowodowanym obecnością kilku związków jednocześnie reakcja małży jest ewidentna. 

Reakcję stresową u małży może wywołać też zmiana warunków termicznych, świetlnych, ciśnienia atmosferycznego, a także drgania i wstrząsy mechaniczne. Dlatego w systemie biomonitoringu SYMBIO staramy się wyeliminować wpływ tych czynników poprzez zapewnienie odpowiednich warunków termicznych i tlenowych oraz zastosowanie obudowy do akwarium gwarantującej stabilność oraz zaciemnienie, co sprzyja większej aktywności naszych organizmów wskaźnikowych. Zmiany pH i twardości wody nie wywołują reakcji stresowej u małży.
Alarm w systemie biomonitoringu SYMBIO załącza się, kiedy sześć z ośmiu osobników w akwarium zamkniętych jest dłużej niż przez 4 minuty, a średnia otwarcia skorupek wszystkich małży spada poniżej 25%.
Prowadzone w warunkach laboratoryjnych badania nad zmianami aktywności małży pod wpływem określonych związków chemicznych oraz doświadczenie wynikające z praktycznego ich zastosowania jako bioindykatorów wskazują, że mogą być one użyte z powodzeniem w systemach monitorujących jakość wody. System biomonitoringu SYMBIO może być wykorzystywany do ostrzegania przed incydentalnymi zanieczyszczeniami na ujęciach wód. Jako system bezobsługowy w działaniu, nie wymaga ciągłej obserwacji zachowań organizmów wskaźnikowych. Istotą jego działania jest sygnalizowanie ewentualnych zmian w wodzie, wynikających z obecności substancji zanieczyszczających. Rolą jednostki nadrzędnej, kontrolującej działanie systemu biomonitoringu (laboratorium) jest ocena sytuacji i przeprowadzenie w razie zasygnalizowania przez małże obecności substancji zanieczyszczających, dokładnych analiz fizyko-chemicznych ujmowanej wody. 

Literatura:
. Domek P., Materiały niepublikowane, będące sprawozdaniami z wyników badań i obserwacji, prowadzonych w laboratorium PROTE. 
. Domek P., 2003, Sprawozdanie z II etapu badań toksykologicznych z użyciem chloroformu, formaldehydu i chloru, prowadzonych na małżach słodkowodnych Unio tumidus (materiały niepublikowane)
. Domek P., 2003, Sprawozdanie z II etapu badań toksykologicznych z użyciem substancji ropopochodnych, prowadzonych na małżach słodkowodnych Unio tumidus. (materiały niepublikowane).
. Domek P., 2002, System biomonitoringu jakości wody oparty o krajowe małże słodkowodne, V Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna "Zaopatrzenie w wodę i jakość wód", Poznań-Gdańsk, 16-18.06.02: 1-4.
. Dogiel W.A., 1986, Zoologia bezkręgowców, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa
. Domek P., Piotrowicz R., Klimaszyk P., Kraska M., 1994, Małże jako wskaźniki incydentalnych zanieczyszczeń wód powierzchniowych, XVI Zjazd Hydrobiologów Polskich, Wrocław 5-8.09.1994, Wyd. Pol.Tow.Hydrobiol. Oddz. we Wrocławiu: 40
. Grabda E., 1984, Zoologia bezkręgowców, tom I, część 3, wyd. II, PWN, W-wa.
. Jenner H.A., Noppert F., Sikking T., 1989, A new system for the detection of valve-movement response of bivalves, Kema Scientific & Technical Reports 7 (2): 91-98.
. Jura Cz., 1997, Bezkręgowce, Podstawy morfologii funkcjonalnej, systematyki i filogenezy, PWN, W-wa. 
. Kees J.M. Kramer, Henk A. Jenner & Dick de Zwart, 1989, The valve movements response of mussels: a tool in biological monitoring, Hydrobiologia, 188/189: 433-443.
. Moraczewski J., Riedel W., Sołtyńska M., Umiński Piechotki., 1984, Ćwiczenia Piechotki zoologii bezkręgowców, Wyd. 6, W-wa, PWN. 
. Piechocki A., Dyduch-Falinowska A., 1993, Mięczaki, Małże, Pol. Tow. Hydrobiol., Fauna słodkowodna Polski, zeszyt 7A, Wyd. Nauk. PWN, W-wa
. Podolski G., 2003, System wczesnego ostrzegania przed zanieczyszczeniami wód ujmowanych oparty o małże na Stacji Uzdatniania Wody Dębiec w Poznaniu, opublikowano na stronie internetowej www.pwik.poznan.pl/bio_monit


dr Katarzyna Leszczyńska
PROTE - Technologie dla Środowiska
61 - 712 Poznań, ul. Wieniawskiego 5/9, 
Tel. (061) 853 70 37

wtorek 15 lutego 2005


Partnerzy

  • Technologia Wody
  • Wydawnictwo Seidel-Przywecki - Biblioteka Inżynierii Środowiska - ścieki * woda * odpady
  • Stowarzyszenie Eksploatatorów Obiektów Gospodarki Wodno-Ściekowej

Projekt i wykonanie: HEDRYCH.pl