Marta Czucha

Glony jako uniwersalne wskaźniki stanu wód.

Przykłady glonów występujących w wodach czystych i zanieczyszczonych.

Glony to potężna grupa organizmów roślinnych, odgrywających ogromną rolę

w kształtowaniu biosfery naszej planety i wywierających duży wpływ na gospodarkę człowieka. Zainteresowanie tymi organizmami wiążę się z dwiema przyczynami a mianowicie: z jednej strony czysto teoretyczne, poznawcze zainteresowania z drugiej zaś - ogromne możliwości praktycznego wykorzystania tych roślin. Są one przede wszystkim wspaniałymi wskaźnikami cech środowiska wodnego, głównie trofii i zanieczyszczenia. Wykorzystuje się je do oceny aktualnego stanu środowiska. Dlatego też warto zaznajomić się z tymi organizmami bliżej.

Glony nie są taksonem a grupą wydzieloną na podstawie kryteriów morfologicznych i ekologicznych. Te samożywne (fotosyntezujące) organizmy oddychające tlenowo związane przede wszystkim ze środowiskiem wodnym nie są ze sobą bezpośrednio spokrewnione. Ich środowiskiem życia mogą być wody różnego rodzaju: od słonych, słodkich, bieżących, stojących, zimnych, ciepłych, czystych po te zanieczyszczone. Spotkać je również można na śniegu, lodzie w cieplicach i solankach. Wyróżniamy wśród nich zarówno organizmy jednokomórkowe jak i wielokomórkowe o różnej wielkość - od mikroskopijnych po organizmy o długości kilkudziesięciu metrów. Są to proste rośliny beztkankowe, niezróżnicowane na korzenie, łodygę i liście których ciało tworzy plechę. Komórki glonów zawierają jądro, mitochondria, cytoplazmę otoczona przez błonę i ścianę komórkową. Nie odłącznym elementem budującym plechę glonów są chloroplasty zawierające barwniki: chlorofile( a , b, c, d) o barwie zielonej, karoten (a, b) o barwie pomarańczowej, ksantofil o barwie żółtej, fikoerytryna o barwie bordowej, fikocyjanina o barwie niebieskiej, fukoksantyna o barwie brązowej. Proporcje i kombinacje tych właśnie barwników nadają glonom charakterystyczny kolory. Rozmnażanie glonów może być realizowane w dwojaki sposób: szybki- bezpłciowy, wolniejszy- płciowy. O sposobie rozmnażania decydują przede wszystkim warunki środowiskowe. Glony posiadają kilka sposobów rozmnażania bezpłciowego. Do najczęstszych należą: fragmentacja plechy, podział komórki oraz wytwarzanie różnego rodzaju zarodników.

Należy zwrócić również uwagę na fakt iż glony tworzą związki symbiotyczne z innymi organizmami. Takim symbiozom zawdzięczają swe istnienie porosty, wiele koralowców, małży i gąbek. Symbioza taka polega przede wszystkim na dostarczaniu przez glony organizmom symbiotycznym produktów fotosyntezy w zmian za co organizmy te zapewniają glonom ochronę.

Do tej szczególnej grupy organizmów zaliczane jest 11 gromad:

• sinice (Cyanophyta=Cyanobacteria)

• prochlorofity (Prochlorophyta)

• glaukofity (Glaucophyta)

• haptofity (Haptophyta)

• kryptofity (Cryptophyta)

• dinofity (Dinophyta)

• eugleniny (Euglenophyta)

• krasnorosty (Rhodophyta)

• różnowiciowe (Heterokontophyta)

• chlorarachnofity (Chlorarachniophyta)

• zielenice(Chlorophyta)
  Z terenu Polski prawdopodobnie znanych jest około 10. 000 taksonów glonów z różnych grup systematycznych.

Glony są bardzo istotnym składnikiem biosfery, odgrywają w przyrodzie ogromną rolę. Uczestniczą w wielu procesach zachodzących na kuli ziemskiej. Oto kilka najważniejszych zastosowań tych właśnie organizmów:

• glony znajdujące się w pokarmie mają dla człowieka duże wartości odżywcze - zawierają zarówno białka, cukry, tłuszcze, jak i witaminy, bor, miedź, sól potasową itp.

• mają decydujący wpływ na klimat panujący na kuli ziemskiej,

• produkują materię organiczną, będącą pokarmem dla wodnych zwierząt roślinożernych,

• wzbogacają w tlen atmosferę i zbiorniki wodne wykorzystywany przez zwierzęta,

• są ważnym elementem w procesie samooczyszczania się wód,

• zapewniają ciągłość krążenia pierwiastków,

• obumierając, wzbogacają glebę w próchnicę,

• regulują dostęp do światła słonecznego organizmom wodnym,

• uczestniczą w procesach tworzenia i rozpadu skał.

Dla ochrony środowiska najistotniejsze jest to, iż są one uniwersalnymi wskaźnikami jakości wód. Jak również, że odgrywają istotną rolę w procesie samooczyszczania się wód. Proces ten polega na eliminowaniu zanieczyszczeń przez samą naturę, a bez żadnej ingerencji człowieka. Organizmy żyjące w wodach powierzchniowych

(w tym również glony) pobierają tlen i substancje odżywcze, a następnie wydalają produkty przemiany materii, czym pomagają likwidować zanieczyszczenia, a tym samym przywracać naturalną postać wody. We wszystkich procesach samooczyszczania decydującą rolę odgrywa obecność tlenu w wodzie. On odpowiedzialny jest za tempo rozkładu zanieczyszczeń i dzięki niemu możliwe jest istnienie tego zjawiska.

Rozwijając zagadnienie dotyczące wykorzystania glonów jako wskaźników jakości wód należy zwrócić uwagę na ich występowanie. Glony wchodzą nie tylko w skład planktonu w morzach, ocenach i zbiornikach śródlądowych (jako fitoplankton) ale również żyją na powierzchni osadów dennych zbiorników wodnych stanowiąc składnik bentosu (jako fitobentos). Istnieją jeszcze glony porastające inne powierzchnie (rośliny, kamienie, itp.) określane są one mianem peryfitonu, który nie ma już tak dużego znaczenia w ocenie stanu czystości wód.

Fitoplankton tworzą mikroskopijne organizmy roślinne, głownie glony niższe oraz sinice, które biernie unoszą się w wodzie. Z pośród glonów w skład fitoplanktonu wchodzą przede wszystkim takie gromady jak: zielenice, okrzemki, bruzdnice, eugleniny, chryzofity, kryptofity oraz chloromonady. Organizmy te mogą przeprowadzać proces fotosyntezy, m. in. dzięki obecności w ich komórkach specyficznego barwnika chlorofilu „a”, którego zawartość w wodach powierzchniowych, służy do wstępnej oceny stanu (potencjału) ekologicznego wód. Głównymi zaletami pomiarów i badań fitoplanktonu w wodach rzek jest łatwość pobierania próbek. Jest on użyteczny również jako wskaźnik poziomu produktywności/eutrofizacji, będącej w przeważającej mierze negatywnym skutkiem intensyfikacji antropopresji. Wadą takowej metodyki badań jest to iż nie jest to element biologiczny stosowany rutynowo w ocenie jakości rzek w UE, a przyjęta metodyka nie jest spójna dla wszystkich Państw Członkowskich. Należy również pamiętać o tym, że fitoplankton nie jest zawsze obecny w wodach płynących. Jak również, że ewentualne pomiary i badania utrudniać może jego wysoka mobilność, zmienność sezonowa struktury i biomasy biowskaźnika, która zależna jest od wielu czynników abiotycznych i biotycznych. W trakcie badań fitoplanktonu należy zwracać uwagę na następujące parametry wskaźnikowe:

• skład, liczebność, zakwity, biomasa, obecność wrażliwych taksonów,

• chlorofil „a”, przepływ, parametry fizykochemiczne (np. temperatura, tlen rozpuszczony, N, P, Si.

Identyfikacja zbadanych parametrów ma miejsce w warunkach laboratoryjnych gdzie stężenie chlorofilu „a” oznaczana jest przy pomocy metod spektrofotometrii absorpcyjnej cząsteczkowej. Jest to najistotniejszy element badań ponieważ, obecność chlorofilu a jako miara obfitości fitoplanktonu, który właśnie wykorzystywany jest do oceny stanu wszystkich wód powierzchniowych.

Do badań stanu wód wykorzystywany jest również fitobentos. Termin ten określa z kolei fotoautotroficzne organizmy występujących na dnie i w strefie przydennej wód płynących i stojących, zarówno śródlądowych, jak i morskich. Jest to flora denna do której można zaliczyć: sinice, zielenice, krasnorosty a także okrzemki rozwijająca się w płytkich, prześwietlonych miejscach wód. W Polsce na potrzeby oznaczania stanu ekologicznego cieków w oparciu o fitobentos wykorzystuje się okrzemki. Są to wyłącznie jednokomórkowe formy żyjące raczej pojedynczo niż w koloniach. Poza niewątpliwą pozytywną rolą dla ekosystemów (np. podstawowe ogniwo łańcucha troficznego, składnik pożywienia drobnych zwierząt wodnych), mogą też powodować zjawiska wysoce negatywne, np. zakwity wody, bądź - w przypadku masowych pojawów - zużywają wielkie ilości związków krzemu. Większość z nich ma określone wymagania siedliskowe co sprawia, że są dobrymi bioindykatorami stanu środowiska, w tym wód. Jak każda z metod oceny stanu czystości również i ta posiada zarówno zalety jak i wady. Do zalet należy to , iż są stosunkowo nie drogie jak również na ich podstawie można wnioskować zawartość substancji biogennych danych zbiornikach wodnych. Problemem jest natomiast identyfikacja gatunkowa tych glonów, gdyż wymaga to specjalistycznej wiedzy i doświadczenia w przeprowadzaniu tego typu badań.

Jak powszechnie wiadomo wody stanowią jeden z najciekawszych i najbardziej życiodajnych ekosystemów na kuli ziemskiej. Różnorodność wód pod względem ilości odmiennych gatunków roślin i zwierząt, widoczna jest w świecie mikro i makroskopowym. Często w ocenie wód przeprowadza się również analizę hydrobiologiczną, dzięki której możliwe jest ustalenie zmiany składu wód, stwierdzenie obecności awaryjnych zanieczyszczeń, zdolności samooczyszczania wód. Klasyfikacja hydrobiologiczna opiera sie na oznaczeniach stref saprobowych, przez termin ten należy rozumieć zespół właściwości fizjologicznych i wymagań ekologicznych organizmu warunkujących jego zdolność do rozmnażania sie w środowisku wodnym o zróżnicowanej zawartości związków organicznych i stopnia zanieczyszczenia. Napotyka się w nich wskaźnikowe gatunki drobnoustrojów, które zaadoptowały sie do istniejących warunków i wyraźnie dominują nad innymi gatunkami. Mowa tutaj o indeksie saprobowości czyli biologicznym wskaźniku jakości wód. Ustalany jest ona na podstawie saprobów, charakterystycznych dla wód o różnym stopniu zanieczyszczenia. Określa się go na podstawie obecności w wodzie tzw. gatunków wskaźnikowych czyli określonych zespołów organizmów zwierzęcych lub roślinnych charakterystycznych dla określonego stopnia czystości. Przykładem takich organizmów są właśnie glony. Obecność okrzemek wskazuje na wysoki stopień czystości wód natomiast obecność sinic na - na bardzo duże zanieczyszczenie

Zgodnie z systemem Kolokwitza i Marssona wyróżnia sie następujące strefy saprobowe:

• polisaprobowa

• a-mezosaprobowa

• b-mezosaprobowa

• oligosaprobowaanej zawartości związków organicznych i stopnia zanieczyszczenia.

Strefą najbardziej zanieczyszczoną jest strefa polisaprobowa, która charakteryzuje się brakiem organizmów samożywnych. Na tym odcinku woda jest mętna, często o

o barwie brudnoszarej i o bardzo nieprzyjemnym zapachu. Obserwuje się tutaj wysokie stężenie związków organicznych, które zapewnia rozwój mikroflorze heterotroficznej. Dochodzi tutaj do częstego deficytu tlenu, a w najgorszych przypadkach nawet do całkowitego wyczerpania, natomiast to z kolei prowadzi do wydzielania się bardzo szkodliwych gazów tj: siarkowodór, czy tez amoniaku. Główną cechą tej strefy jest występowanie bakterii i grzybów ściekowych, których liczba niekiedy przekracza milion

w 1 mililitrze. W kolejnej strefie, czyli a-mezosaprobowej zaczynają się procesy biooksygacji, czyli biologicznego utleniania, dzięki bakteriom tlenowym, które to pobierają tlen z powietrza i fotosyntezy glonów. Charakterystycznymi mikroorganizmami są bakterie, wiciowce, sinice, orzęski, pierwotniaki, niektóre glony należące do Euglenophyta, szczególnie masowo występuje gatunek Euglena viridis. Sporadycznie pojawiają się niektóre zielenice. Czasem można spotkać jedną z najbardziej odpornych na zanieczyszczenia ryb, jaką jest karaś. Jednak ogólna liczba bakterii heterotroficznych spada do setek tysięcy w 1ml. Z wodą przeźroczystą , o naturalnej barwie, a niekiedy intensywnie zielone jod bujnie rozwijających się glonów spotykamy się w strefie -mezosaprobowej. Następuje zakończenie mineralizacji związków organicznych, zauważane są procesy nitryfikacji. Wyraźnie zmniejsza się ilość pobieranego tlenu na mineralizację w stosunku do poprzednich stref. Wzrasta udział autotrofów. Mała jest liczba bakterii, których ilość spada do kilkudziesięciu tysięcy w 1 ml wody i zwiększa się różnorodność gatunków. Pojawiają się rośliny naczyniowe np. rdestnice, wywłóczniki, ryby i szereg przedstawicieli makrofauny, jak larwy jętek, pojedyncze larwy ważek, zmniejsza się natomiast udział pierwotniaków. Bardzo licznie występują różne gatunki okrzemek i zielenic, a także sinice, które maja zdolność do asymilacji azotu atmosferycznego.

Kolejną strefą jest strefa oligosaprobowa. Jest to odcinek rzeki, gdzie kończy się wpływ wprowadzonych zanieczyszczeń, a woda w rzece staje się przeźroczysta, pozbawiona zapachu i dobrze natleniona, czyli powraca do stanu pierwotnego. Pojawiają się gatunki szczególnie wymagające dobrych warunków środowiskowych, jak pstrągi, lipienie, kiełże, larwy jętek, ważek itp. Strefa jest zasiedlona przez bakterie chemosyntetyzujące, głównie bakterie nitryfikacyjne oraz żelaziste. Dominują głównie różnego rodzaju okrzemki oraz zielenice. Liczba bakterii spada do kilkunastu tysięcy w 1 ml wody.

Każda rzeka ma jednak swoje punkty krytyczne, których przekroczenie może spowodować biologiczną śmierć rzeki, podobne do takiej sytuacji, kiedy człowiekowi złoży się zbyt wielki ciężar na ramiona. Tak rzeka, jak i człowiek może upaść pod swoim brzemieniem, problem jednak w tym, że ludzi wciąż przybywa, rzek i jezior jest wciąż tyle samo. Tylko tych czystych coraz mniej.

.

---