Ученые КФУ разработали комплекс для оценки экологической безопасности водоемов

Программа для оценки уровня содержания загрязняющих веществ в водоемах, разработанная группой исследователей Казанского федерального университета, позволяет провести необходимые наблюдения и выдать заключение в течение 15-30 минут. Ранее на оценку результатов у специалистов природоохранных ведомств уходило двое суток.

К числу самых распространенных экологических проблем последних десятилетий можно отнести антропогенное эвтрофирование и связанное с ним «цветение» воды, особенно вызываемое синезелеными водорослями. Некоторые виды упомянутых растений могут продуцировать разнообразные яды – цианотоксины, которые губительно действуют на водную флору и фауну, приводят к заморам рыб. Кроме того, ежегодно во всем мире фиксируются случаи отравления диких, домашних и сельскохозяйственных животных от употребления воды зараженной цианотоксинами. Чрезвычайно опасны эти вещества и для людей: контакт с ними может приводить к аллергическим реакциям, развитию опухолевых процессов, отравлениям и даже смерти.

Уровень содержания цианотоксинов в водных экосистемах тщательно отслеживается специалистами многих стран, однако для России нормативы безопасного содержания токсинов в воде до сих пор не определены. Решением данной экологической проблемы на протяжении последних лет занимаются сотрудники кафедры прикладной экологии КФУ.

Существующие методы исследования водных объектов на наличие в них как цианотоксинов, так и других загрязняющих веществ, как правило, являются дорогостоящими и неоперативными. По этой причине усилия ученых были направлены на разработку новой программы для оценки токсичности.

- Для оценки степени токсического загрязнения среды наряду с широко распространенными методами химического анализа активно используется биотестирование. Именно этот метод лег в основу разработанного нами комплекса, получившего название TrackTox-Analyzer. Такой выбор был обусловлен тем, что химический анализ во многих случаях не позволяет оценить истинную опасность поступления тех или иных веществ в среду обитания и спрогнозировать последствия их воздействия на живые организмы, - пояснил Олег Никитин. - Преимуществом избранного метода биотестирования является и его интегральный характер. В отличие от химического анализа, выявляющего лишь концентрацию определенного вещества, работа с живыми организмами позволяет оценить реакцию на всю совокупность загрязняющих веществ в воде.

TrackTox-Analyzer представляет собой комплекс из прибора, внутри которого размещены тестовая камера, видеокамера и осветители, и компьютера, на который передается видеосигнал. В качестве тест-объектов для определения токсичности среды ученые приняли решение использовать низших ракообразных, а именно дафний (Daphnia magna Stratus).

Определение наличия токсичных веществ в воде проводится посредством наблюдения за изменением поведенческих характеристик дафний при помощи программы, реализующей алгоритмы компьютерного зрения.

- Наблюдения за поведением ракообразных до и после введения токсичных веществ показали, что поведение дафний разительно отличается, - обозначил Олег Владимирович. - Движение тест-объектов в чистой воде характеризуется однородностью. Однако стоит ввести в нее загрязняющие вещества, как дафнии начинают "убегать" от угрозы, кардинально меняя характер своего плавания.

Оценка поведения дафний проводится по ряду характеристик: положение объектов в тестовой камере, ориентация в пространстве, скорость плавания, пройденное расстояние, сложность траектории и некоторым другим.

Конструкция программно-аппаратного комплекса, не имеющего аналогов в России, над созданием которого группа исследователей работала на протяжении двух лет, позволяет проводить исследования, как в режиме прямого наблюдения, так и посредством обработки ранее записанных видеофайлов. Алгоритм обработки полученных данных обеспечивает возможность одновременной работы сразу с тремя тест-объектами при индивидуальном отслеживании каждого организма. В феврале разработанная программа оценки токсичности была зарегистрирована в Роспатенте.

Важно отметить, что разработанный комплекс может использоваться не только для оценки экологической безопасности водоемов и контроля качества воды на водозаборах в условиях цветения, но и для оценки безопасности веществ и материалов, в том числе и вновь синтезируемых.