バイオマーカーは、時間に環境の質とその動態を評価するために、生物学的プロセス、コミュニティや種です。これらは、発生したストレスに対する生物相の応答の研究を通じて、生態系に対する人間の活動の影響を評価するために使用されます。
すべての活動がプラスまたはマイナスの環境影響を生み出すことを考慮する必要があります。しかし、人間の活動は、生態系とその生物相に影響を与える負の環境影響をほぼ独占的に生み出しています。
図1.鉱山で有毒ガスの生物指標として使用されるカナリア、鳥。出典：pixabay.com
人間の活動によって引き起こされる環境被害には、とりわけ、排出による汚染、産業廃棄物または都市固形廃棄物、乱用による天然資源の枯渇などがあります。
これらすべての影響は、既存の生物相にストレスを発生させるため、激しい干ばつや気候の影響による気温の変化などの自然のストレス要因と区別するために、人為的なストレス要因と呼ばれます。
生物指標の開発と応用は1960年代に出現し、それ以来、そのレパートリーは、人為的ストレッサーの影響下の水生および陸生環境の研究において拡大してきました。
生物指標は、化学的-物理的環境の変化の監視、生態学的プロセスの監視、汚染物質の存在の直接または間接的な検出、一般的には、環境の変化の検出を可能にします。
バイオインジケーターの一般的な特徴
バイオインディケーターは、それが生物学的プロセスであれ、コミュニティーであれ種であれ、測定する環境変化のタイプや問題の地理的領域に関係なく、特定の特性を満たさなければなりません。
-障害やストレスに敏感である必要がありますが、そのために死んだり消えたりしてはなりません。生物指標種または群集は、環境変動に対して中程度の耐性を持たなければなりません。
-ストレスに対するあなたの反応を測定することが可能であるべきです。個人内の生物学的プロセスも生物指標として機能します。
-あなたの答えは、生態系、個体群、または種全体の代表である必要があります。
-汚染や環境悪化の程度に応じて対応する必要があります。
-豊富で一般的である必要があり、調査中の特定の地域に十分な人口密度があることを示しています。さらに、比較的安定していて、穏やかな気候変動と環境変動を克服している必要があります。
-生物指標に関する情報、その生態学と生活史の十分な理解、そして十分に文書化された安定した分類法がなければなりません。さらに、そのサンプリングは単純で安価でなければなりません。
-それは他の目的のために公共、経済、商業上の重要性を持たなければならない。
個人を生物指標として使用する場合、年齢と遺伝子型の変動を考慮する必要があります。また、他の環境要因が試験に干渉せず、環境毒性試験で情報を完成させることも確認する必要があります。
生物指標の種類
生物指標の分類は、分類システムで強調表示される特性によって異なります。たとえば、生物指標をその複雑さに従って生物指標種、コミュニティ、または生態系に分類できます。ただし、監視する環境に応じて分類することもできます。
生物指標種
すべての既存の種（または種の集団）は、限られた範囲の物理的、化学的および生物学的環境条件に耐えることができます。この機能は、環境の品質を評価するために使用できます。
たとえば、米国西部の冷たい水流に生息するマスは、20〜25°Cの温度を許容するため、この熱感度を水温の生物指標として使用できます。
これらの同じマスは、細胞レベルで水温の上昇に反応します（周囲の森林を燃焼および伐採することにより）。これらの場合、それらは温度上昇の影響から細胞を保護する熱ショックタンパク質を合成します。
この種のこれらの熱ショックタンパク質を定量化することで、マスの熱ストレスを測定し、水域を取り巻く森林の伐採や燃焼による環境の変化を間接的に評価することができます。
生物指標コミュニティ
複数の環境要因に対するさまざまな許容範囲をカバーするコミュニティ全体が、複雑で全体的なアプローチから環境条件を評価するための生物指標として役立ちます。これらの研究には、複数の環境変数の分析の使用が含まれます。
生物指標エコシステム
きれいな水や空気、植物の花粉媒介者などの生態系によって提供されるサービスの喪失は、生態系の健康状態の指標と見なされます。
たとえば、花粉媒介者であるハチの種の損失は、重金属、殺虫剤、放射性物質の存在に敏感であるため、環境の健康の損失の指標と見なされます。
監視する環境に応じた生物指標
上記のように、バイオインジケーターは、情報を提供する環境に応じて分類することもできます。この分類に続いて、空気、水、土壌の品質の生物指標があります。
大気質の生物指標
大気質の生物指標には、特定のガスの濃度の変動に敏感な生物があります。
たとえば、地衣類（真菌、微細藻類、またはシアノバクテリアの間の共生関係）およびコケ植物は、体を通して吸収するため、大気ガスに非常に敏感です。
これらの生物には表皮や根がなく、表面/体積比が高いため、二酸化硫黄などの大気汚染物質の吸収と蓄積が促進されます。したがって、特定の地域でのその消失は、大気質の悪さの指標です。
一方、地衣類（Lecanora conizaeoidesなど）もあり、その存在は空気の質が悪いことを示しています。
図2.苔癬Lecanora conizaeoides。出典：JerzyOpioła、ウィキメディアコモンズからもう1つの例は、低濃度の一酸化炭素（CO 2）およびメタンガスに対する鋭敏な感度のおかげで、英国の地下炭鉱における危険な状態の生物指標としてカナリアを長年使用したことです。 （CH 4）。
この感度は、カナリアの肺容量が低く、一方向の換気システムがあるためです。このため、カナリアは人間よりも有害ガスに敏感です。
水質の生物指標
水質の生物指標には、とりわけ細菌微生物、原生動物、大型無脊椎動物、藻類、コケなどがあります。有毒な汚染物質の存在に敏感。
たとえば、河川内のさまざまな水生大型無脊椎動物の群集の存在は、生態学的および生物多様性の指標です。存在する分類群の数が多いほど、水域の健康状態が良くなります。
河川の状態を示す他の生物指標はカワウソであり、それらは汚染物質の量が少ない水域からすぐに離れます。それらの存在は、川の状態が良いことを示しています。
海洋スポンジは、水銀やカドミウムなどの重金属、糞便物質などの生物指標としても使用されています。海水中のスポンジの消失の検出は、水質の低下の指標です。
藻類が密集した濃度で水域に存在することは、水に投棄された肥料からもたらされる可能性のある、溶解したリンと窒素が高レベルであることを示しています。排出された肥料は、それらの栄養素の蓄積と水性媒体の富栄養化を引き起こします。
土壌品質の生物指標
土壌の品質の指標として、この生息地の生物相の一部、つまり、いくつかの植物、真菌、および細菌微生物について言及できます。
それらが生存のための特定の要件を提示する場合、これらの生物はこれらの状態の存在の指標となります。
たとえば、ミミズは土壌品質の生物指標です。これは、Eisenia fetidaやE. andreiなどの一部の種は、とりわけ農薬、石油誘導体、重金属などに敏感であるためです。これらの生物指標は土壌毒性研究で使用されます。
参考文献
- Celli、G.およびMaccagnani、B.（2003）。環境汚染の生物指標としてのミツバチ。昆虫学紀要56（1）：137-139。
- ConesaFdez-Vítora、V.（2010）。環境影響評価の方法論ガイド。第4版。エディションムンディ・プレンサ。pp 864。
- Gadzala-Kopciuch、R.、Berecka、B.、Bartoszewicz、J.およびBuszewski、B.（2004）。環境モニタリングにおける生物指標に関するいくつかの考慮事項。ポーランド環境研究ジャーナルVol。13、No。5、453-462。
- 市場、BA、Breure、AMおよびZechmeister、HG（2003）。環境のバイオインディケーション/バイオモニタリングの定義、戦略、原則。で：バイオインジケーターとバイオモニター。Market、BA、Breure、AMおよびZechmeister、HGエディター。エルゼビアサイエンス株式会社
- Markert、B.（2007）。環境中の微量金属のバイオインディケーションとバイオモニタリングの定義と原則。Journal of Trace Elements in Medicine and Biology、21、77〜82。土井：10.1016 / j.jtemb.2007.09.015