В системах мониторинга все чаще начинают использоваться очень мелкие, даже микроскопические обитатели вод, например простейшие и коловратки. Созданы специальные устройства, следящие за Изменением скорости движения инфузорий при появлении в воде вредных примесей, особенно ионов металлов, к которым наиболее чувствительны простейшие. Для этих целей подходят мелкие инфузории тетрахимены, культивирование которых, можно сказать, стандартизировано в лабораторных условиях. Проверка действия таких редких металлов, так селен, ванадий и цирконий, на скорость плавания тетрахимен позволяет через двадцать — тридцать минут определить наличие различных концентраций этих веществ в воде. Ведь в концентрациях всего пять — десять промилле веществ, они могут снизить скорость плавания на девяносто шесть процентов, которая у тетрахимен в норме составляет две тысячи семьсот микрометров в секунду, а большие концентрации вообще останавливают движение инфузорий.

Постоянное слежение за содержанием токсикантов в воде с помощью биологического мониторинга имеет неоспоримые преимущества по сравнению с химическим мониторингом, производимым различной аппаратурой. Но все, что разработано, относится главным образом к мониторингу, основанному на физиологических показателях. Однако сейчас человеку важно не. только знать ближайшие последствия промышленного загрязнения, но и делать прогноз последствий загрязнения на месяцы и годы. Ведь многие из соединений, попадающих в окружающую среду, могут оказаться мутагенами, канцерогенами или могут нарушить процессы эмбрионального развития.

Мы уже говорили о критических стадиях развития, во время которых зародыш наиболее чувствителен к действию вредных веществ, загрязняющих природную среду. Ученые поняли, что именно на этих стадиях и нужно испытывать допустимые концентрации или контролировать вредность загрязнения. Санитарные токсикологи проверяют действие вредных веществ на эмбриональных стадиях развития экспериментальных животных — мышей и крыс, а токсикологи, занимающиеся охраной гидробиоценозов и отдельных видов подводного мира, берут в качестве экспериментальных объектов устриц, эмбрионы дафний, икру и личинки радужной форели и личинки водных нематод. Это очень чувствительные организмы, и критические стадии их развития приходятся на периоды наиболее сложных морфологических перестроек или вы клева из зародышевых оболочек, когда организм попадает в новую, не свойственную для него среду. А можно ли эти короткие критические периоды использовать для постоянного слежения за состоянием окружающей среды? Разрешима ли эта задача?

Оказывается, можно предложить эмбриологический мониторинг. У коловраток, у рачков-артемий, живущих в соленых и пересоленных водах, существуют покоящиеся яйца. Поэтому в любой момент, через равные промежутки времени можно заново «запускать» эмбриональное развитие у этих живых организмов и постоянно в наборе зародышевых и личиночных стадий иметь объекты, находящиеся в критических и наиболее чувствительных периодах развития. Можно использовать не только коловраток и артемий. В лабораторных условиях, применяя современные методы культивирования и гормональные препараты, круглогодично получают икринки моллюсков и рыб, например вьюна, а также икру шпорцевых лягушек и тритонов.

Сейчас теоретически уже разработаны основы будущего центра слежения эмбриологического мониторинга. О том, как он будет выглядеть, и пойдет рассказ.

На управляющем пульте ряд телевизионных экранов, и на каждом из них видны различные стадии развития эмбрионов и личинок водных организмов. Телекамеры позволяют постоянно следить за развитием организмов под водой. А там организован настоящий конвейер. По миниатюрным штангам-рельсам периодически продвигаются камеры с развивающимися эмбрионами, напоминающие детскую железную дорогу, но в каждом вагончике-камере зародыши или личинки водных животных на одной из стадий развития. Если в этом составе в самые последние камеры помещают только что начавшие свой путь развития яйцеклетки, то первые уже с развившимися личинками снимаются с рельсов. В любой момент в этом составе есть все основные стадии развития, и самое главное — те критические, на которые загрязнение влияет в полной мере, приводя развитие к замедлению или даже к его полной остановке. На экранах телевизоров опытный взгляд эмбриолога-оператора в нужный момент отметит начавшееся загрязнение водной среды так же, как это бы сделал физик, исследующий частоту колебаний в электронных схемах, по фигуре Лиссажу на экране осциллографа.

Особенностью эмбриологического мониторинга является то, что он с равным успехом применим как для слежения за загрязнением пресных вод, так и морских. Для контроля за состоянием морской водной среды особенно подходят ранние стадии развития иглокожих: морских звезд и ежей. Эмбрионы и личинки этих обитателей морей — любимый объект эмбриологов, у них, пожалуй, самые изученные стадии, нежели у других видов. К тому же икринки иглокожих почти не содержат желтка, что позволяет наблюдать на просвет в световой микроскоп за морфогенезом на ранних стадиях развития и за перемещением клеток внутри зародыша. К настоящему времени биологи научились активировать созревание икринок у морских звезд и ежей такими веществами, как ацетилхолин и метиладенин, поэтому получение оплодотворенных икринок в заданное время не представляет сложности. Следует отметить, что зародыши иглокожих в эмбриональной стадии очень чувствительны к загрязнению водной среды промышленными отходами. Теперь остается только представить, насколько четко будут видны на экранах телевизоров отдельные стадии развития этих прозрачных зародышей при организации системы эмбриологического мониторинга. «Живой прибор», не имеющий ни шкал, ни стрелок, как неусыпное око, и днем и ночью может следить за чистотой прибрежных вод морей в тех местах, где возможен сток промышленных вод, несущих ядовитые вещества.

С каждым годом нарастает мощность промышленных предприятий, и хотим мы этого или нет, в водоемы, пока не созданы системы замкнутого водооборота, попадает все большее количество загрязняющих веществ. На первых порах, когда промышленность еще не развивалась так бурно, гидробиоценозы сами справлялись с поступающими в водоемы загрязнениями; происходило, как говорят ученые, самоочищение водоема. Но в наш век индустриализации самоочищение можно использовать только как подсобную силу. Основную биологическую очистку сточных вод ведут с помощью искусственного биоценоза, мощность которого в биоокислении продуктов отходов производства в сотни, а то и в тысячи раз выше самоочищающей способности естественных живых сообществ.

Одним из наиболее перспективных и не ограниченных природными условиями очистных сооружений является аэротенк. Это огромный бетонный резервуар, принимающий сточные воды на биологическую очистку с помощью активного ила. Сточная вода смешивается в аэротенке с активным илом и постоянно продувается снизу мощным потоком мельчайших пузырьков воздуха. Избыток кислорода и приток органических веществ со сточными водами позволяют бактериальному населению и микроскопическим животным бурно развиваться в активном иле. Бактерии склеиваются в хлопья или зооглеи, образующие огромную рабочую поверхность — около одной тысячи двухсот квадратных метров в одном кубическом метре ила, и выделяют ферменты, расщепляющие органические соединения до простых минеральных молекул. Происходит так называемая минерализация органики. Поглощая в избытке органические вещества, бактерии растут, делятся, и масса активного ила постоянно возрастает.

Благодаря тому что бактерии склеены в хлопья, активный ил быстро оседает и отделяется от очищенной им воды.

На поверхности бактериальных хлопьев и между ними обитает бесчисленное множество микроскопических животных: инфузорий, амеб, жгутиконосцев, коловраток, червей и клещей. Вот они-то и есть те «живые приборы», по которым технологи определяют, хорошо ли идет биологическая очистка воды. Правда, их роль не сводится только к роли организмов-индикаторов. Они еще несут и генетическую службу, питаются бактериями и уничтожают старые неработоспособные клетки и те бактерии, которые отрываются от хлопьев, а следовательно, при отстаивании активного ила от чистой воды не оседают и загрязняют ее. Но эти организмы уже выполняют роль датчиков экологического равновесия в аэротенке.