Виды-индикаторы (биоиндикаторы): что это такое, примеры

Виды-индикаторы – это живые организмы, которые говорят нам, что что-то изменилось или собирается измениться в их среде обитания. Их легко наблюдать, и их изучение считается экономически эффективным способом прогнозирования изменений в экосистеме. Эти виды также известны как биоиндикаторы. (1)

Ученые отслеживают такие факторы, как размер, возрастная структура, плотность, рост и скорость воспроизводства популяций видов-индикаторов, чтобы выявить закономерности с течением времени. Эти закономерности могут показывать стресс у видов от таких воздействий, как загрязнение, потеря среды обитания или изменение климата. Возможно, что еще более важно, они могут помочь предсказать будущие изменения в своей среде.

Что такое виды-индикаторы (биоиндикаторы)

Наиболее часто используемые виды-индикаторы – животные; 70% из них – беспозвоночные. Однако видами-индикаторами также могут быть растения и микроорганизмы. Часто эти организмы взаимодействуют с окружающей средой таким образом, что они очень чувствительны к любым изменениям. Например, они могут находиться на вершине трофического уровня, где они получат наибольшее количество токсинов, обнаруженных в их окружающей среде. Или они могут быть не в состоянии легко переместиться на новое место, если условия станут неблагоприятными. (1)

Ученые выбирают виды-индикаторы по разным причинам. Экологическая важность вида – одна из основных причин использования определенных организмов в качестве индикаторов. Если вид является ключевым видом, а это означает, что функция экосистемы зависит от него, то любые изменения в здоровье или популяции этого вида будут хорошим индикатором факторов экологического стресса.

Хорошие виды-индикаторы также должны относительно быстро реагировать на изменения и быть легко заметными. Их реакция должна быть репрезентативной для всей популяции или экосистемы. Они должны быть относительно обычными и иметь достаточно большую популяцию, чтобы их можно было легко изучать. Широко изученные виды являются хорошими кандидатами на роль биоиндикаторов. Виды, которые размножаются быстро и в большом количестве и имеют особую среду обитания или диету, могут стать идеальным индикатором. Ученые также ищут организмы, которые имеют коммерческое или экономическое значение. (2)

Ученые используют виды-индикаторы для определения изменений в экосистеме на основе того, что они наблюдают у индикаторных видов. Виды-индикаторы используются, чтобы выявить как хорошие, так и плохие изменения окружающей среды. Эти изменения могут включать присутствие загрязнителей, изменения в биоразнообразии и биотических взаимодействиях, а также изменения в физической среде. (3)

Биоиндикатор и биомониторинг

Биоиндикатор – это организм, который используется для качественной оценки изменения окружающей среды. Наличие или отсутствие организма может использоваться для обозначения здоровья окружающей среды. Например, если в определенной области обнаружен лишайник Leconora conizaeoides, ученые знают, что качество воздуха оставляет желать лучшего. Биоиндикаторы используются для мониторинга окружающей среды, экологических процессов и биоразнообразия внутри экосистемы. (4)

С другой стороны, биомониторинг используется для количественного измерения реакции и изменений в окружающей среде, указывающих на загрязнение. Например, если количество хлорофилла в лишайнике уменьшается, ученые знают, что присутствует загрязнение воздуха.

Примеры видов-индикаторов

Поскольку виды-индикаторы часто являются наиболее уязвимыми членами своих экосистем, они используются в научных исследованиях в качестве способа простого и эффективного изучения долгосрочных изменений в состоянии окружающей среды. Изучение одних и тех же видов в каждой экосистеме помогает исследователям легче сравнивать данные, чтобы выявить небольшие сдвиги в таких факторах, как температура, разрушение среды обитания и осадки.

Лишайник

Лишайники представляют собой сочетание двух отдельных организмов. Грибок и водоросль растут вместе в симбиотических отношениях, когда грибок обеспечивает минеральные питательные вещества и место для роста водорослей, а водоросли производят сахар для грибка посредством фотосинтеза. Лишайники используются в качестве биоиндикаторов в связи с их чувствительностью к загрязнению воздуха. У лишайников нет корней, поэтому они могут получать питательные вещества только непосредственно из атмосферы. Они особенно чувствительны к избыточному загрязнению воздуха азотом. Если ученые начнут видеть сокращение количества видов лишайников, которые особенно чувствительны к азоту, наряду с увеличением видов, которые могут хорошо переносить азот, они узнают, что качество воздуха ухудшилось. (5)

Пятнистая неясыть

Северная пятнистая неясыть была впервые внесена в список исчезающих видов в 1990 году из-за потери среды обитания. Поскольку эти совы не строят свои собственные гнезда, они полагаются на зрелые старовозрастные леса, где есть дупла деревьев, сломанные верхушки деревьев и другой мусор, чтобы в них гнездиться. Из-за вырубки леса, развития, рекреации и болезней они остались без безопасных мест для гнездования. Уменьшение численности северной пятнистой неясыти указывает на дальнейшее снижение качества лиственных лесов Тихоокеанского Северо-Запада. В 1999 году сеть районов залива Сан-Франциско, США, начала мониторинг сов в качестве способа оценки экологического здоровья их мест обитания. (6, 7)

Подёнки

Подёнки – это вид крылатых насекомых, которые особенно чувствительны к загрязнению воды. В начальном периоде жизни они живут исключительно в воде. Взрослые особи живут на суше или в воздухе, но возвращаются в воду, чтобы отложить яйца. Они используются исследователями в качестве индикаторов здоровья водных экосистем из-за их зависимости от воды и их нетерпимости к загрязнению. Например, большинство видов подёнок зависят от местообитаний с более твердым дном. Избыточное загрязнение отложениями, которые оседают на дне водного пути, может быть одной из причин сокращения их численности. Обнаружение подёнок в водной экосистеме означает, что вода практически не загрязнена. (8)

Лосось

Лосось – проходной вид рыб. Это означает, что они вылупляются в пресной воде, затем уходят в океан, чтобы вернуться в пресную воду для нереста. Если они не могут свободно перемещаться между пресной водой и океаном, они не смогут выжить. Разрушение среды обитания, перелов и перекрытие рек привели к значительному сокращению популяций лосося во всем мире. Исследователи на Тихоокеанском Северо-Западе связывают гибель популяции кижуча с загрязненными ливневыми стоками из городских районов, окружающих места нереста. Изменения в популяциях лосося могут указывать на ухудшение среды обитания и качества воды, а также на наличие болезней. (9, 10)

Littoraria irrorata

Littoraria irrorata – это разновидность улиток, которые пасутся на водорослях, растущих на травах солончаков. Они движутся вместе с приливом, спускаются, чтобы поесть во время отлива, и поднимаются по стеблям травы, когда вода поднимается. Littoraria irrorata особенно чувствительны к загрязнению и часто используются для изучения состояния экосистем болот. (11)

Исследователи побережья Мексиканского залива в США использовали Littoraria irrorata, чтобы показать, как нефть из разлива нефти Deepwater Horizon повлияла на береговые линии прибрежных водно-болотных угодий, и предсказали, что их сокращение, вероятно, повлияет на другие важные функции экосистемы в болоте. Они также потребляют спартину очередноцветковую, которая жизненно важна для экосистемы болот. Если популяции хищников Littoraria irrorata уменьшатся, они могут негативно повлиять на здоровье спартины очередноцветковой, поскольку их выпас увеличивается. (12)

Речные выдры

Речные выдры считаются сверххищниками в водных экосистемах, поэтому любые токсины в их среде быстро попадают к выдрам через рыбу и беспозвоночных, которых они едят. Поскольку токсины накапливаются по мере продвижения по пищевой цепочке, речные выдры получают гораздо больше, чем другие животные в той же экосистеме. Скорее всего, они проявят признаки воздействия токсина раньше, чем любое другое растение или животное. Канадские ученые использовали волосы речных выдр для проверки уровня ртути в озере рядом с бездействующей ртутной шахтой на его берегу. Это исследование показало, что речные выдры могут быть ценными индикаторами для проверки состояния морской и пресноводной среды обитания. (13)

Саламандры

У саламандр очень проницаемая кожа, которую необходимо поддерживать во влажном состоянии, чтобы они выжили. Это делает их особенно уязвимыми к загрязнению и засухе. Ухудшение здоровья саламандр или численности популяции может указывать на негативные изменения в их среде обитания. (14)

Исследователи USDA Forest Service изучили два разных типа саламандр, чтобы показать восстановление лесной экосистемы, которая была вырублена в коммерческих целях. Популяции саламандр росли с возрастом и здоровьем леса.

Кишечная палочка

Кишечная палочка (Escherichia coli) – это тип бактерий, обычно обнаруживаемых в фекалиях теплокровных животных. Бактерии – идеальные организмы для демонстрации наличия загрязнения, потому что они быстро размножаются, могут быть найдены повсюду и быстро изменяются при воздействии факторов окружающей среды. (15, 16)

Кишечная палочка используется Агентством по охране окружающей среды США для определения наличия фекалий в пресной воде. Другие бактерии обычно используются в солоноватой и соленой воде, а также в воздухе и почве в качестве индикаторов загрязнения. (17, 18)

Летучие мыши

Летучие мыши чувствительны к изменениям качества окружающей среды из-за своей роли разносчиков семян, опылителей и насекомоядных. Они особенно страдают от утраты и фрагментации среды обитания. Летучие мыши использовались исследователями для изучения светового загрязнения, тяжелых металлов, урбанизации, засухи и сельскохозяйственных изменений. Они были изучены неинвазивно и с минимальными затратами с помощью фотоловушек, акустических исследований и сбора волос. Исследователи из Йеллоустонского национального парка используют летучих мышей для изучения изменения климата и инфекционных заболеваний в популяциях летучих мышей. (19, 20)

Данаида монарх

Численность бабочек вида данаида монарх за последние 25 лет резко сократилась, вероятно, из-за сочетания утраты среды обитания, использования пестицидов и изменения климата. Поскольку они мигрируют из Канады в Мексику, они являются идеальным видом-индикатором для изучения здоровья всего континента Северной Америки. Исследователь из Корнельского университета считает, что сокращение популяции бабочек-монархов не может быть объяснено каким-то одним фактором, а является неотложным индикатором более крупных системных экологических проблем. (21, 22)

Treehugger