A Bioindikator (oder Bioindikator ) ist ein Indikator einer aus pflanzlichen , Pilz- oder Tierarten oder von einer Gruppe von Spezies (Umwelt soziologische Gruppe ) oder Pflanzengruppe , deren Vorhandensein oder Zustand liefert Informationen über bestimmte ökologische Eigenschaften (d.h. (dh physikalisch-chemischer, pedologischer, mikroklimatischer, biologischer oder funktioneller Umwelt) oder auf die Auswirkungen bestimmter Praktiken.
Eine Wächterart , auch ökologischer Wächter genannt , reagiert schnell auf Veränderungen der Umweltbedingungen. Aufgrund dieses sensiblen Bioindikatorcharakters wird diese Art häufig für Biomonitoring- Studien (Umweltdiagnose, ökologisches Monitoring von Umwelten, insbesondere als Warnung vor mesologischem Abbau ) ausgewählt.
Die Vorstellung, dass die Qualität der Landschaft und der Reichtum an bestimmten Pflanzen- oder Tierarten auf eine Gesamtqualität der Umwelt hinweisen, ist nicht neu. J. Perrève, ehemaliger Anwalt und Richter des Königs, schrieb 1845 : „Die Natur hat auf allen Gebieten der Erde die Pflanzen gepflanzt, die für die Nahrung ihrer Bewohner geeignet sind; und vom Reichtum des Pflanzenreiches hängen privat alle tierischen Existenzen ab“ . Es wurde eindeutig eine Abhängigkeit zwischen Fauna und Flora festgestellt.
Die rationale und wissenschaftliche Anwendung der Bioindikation ist jedoch neu, insbesondere die ökologische Biobewertung (Überwachung des Umweltzustands oder der Wirksamkeit von Ausgleichs- oder Sanierungsmaßnahmen).
1974 erarbeitete H. Ellenberg numerische Indikatorwerte der ökologischen Präferenzen einer Pflanze. 1977 änderte E. Landolt die Methode: Die ersten Faktoren betrafen den Boden: durchschnittliche Feuchtigkeit, Säure oder Basizität (pH), Gehalt an stickstoffhaltigen Nährstoffen, Humusgehalt, Struktur und Belüftung, Salzgehalt; die folgenden sind Licht, Durchschnittstemperatur, Kontinentalität (Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen) und biologischer Typ.
Das Prinzip besteht darin, biologische oder ökosystemare Auswirkungen auf der Ebene des Individuums und / oder der Populationen oder Ökosysteme (auf der Ebene der Biosphäre oder möglicherweise großer Biome ) zu beobachten.
Diese Wirkungen müssen durch die Beobachtung verschiedener Grade von morphologischen, Verhaltens-, Gewebe- oder physiologischen Veränderungen (Wachstum und Fortpflanzung) messbar sein , die im Extremfall zum Tod dieser Individuen oder zum Verschwinden einer Population führen.
Jede Art oder Gruppe von Arten hat einen primären Biotop . Wir wissen zum Beispiel, dass:
Einige Bioindikatoren sind auch Biointegratoren ; sie können in Biomonitoring- Programmen doppelt nützlich sein .
Bioindikatorarten können Informationen über das Ökosystem liefern . So weist beispielsweise das Vorkommen von Laufkäfern , Diplopoden und Staphylinen auf ein edaphisches Mikroklima hin . Im Wald von Fontainebleau ist das geringe Vorkommen überwucherter Arten charakteristisch für die jüngsten Rodungen und wird durch einen unzureichenden Einstreueintrag erklärt. Einige Arten sind Bioindikatoren für metallhaltige Ablagerungen , wie Buchnera cupricola , die gegen sehr hohe Kupferkonzentrationen resistent ist (siehe Metallophyten ).
Die Bioindicatrix-Arten ermöglichen auch die Diagnose von Umweltveränderungen im Zusammenhang mit menschlichen Aktivitäten. Es gibt Bioindikationen für anthropogene Phänomene (die Abnahme der Regenwurmpopulation nach dem tiefen Pflügen); Bioindikationen der Luftverschmutzung (Verringerung der Zahl der Spinnen , zum Beispiel in Gebieten, in denen Industriedämpfe fallen); und biotoxikologische Bioindikationen (ein bekanntes historisches Beispiel ist der Tod Tausender Haubentaucher in einem kalifornischen See, Clear Lake , nach einer Anwendung von DDD in den Jahren 1940-1950).
Bioindikation auf der Qualität der Luft ist die Verwendung von Organismen anfällig für einen bestimmten Schadstoff mit sichtbaren Auswirkungen makroskopisch und mikroskopisch, die zur Beurteilung der Luftqualität . Diese liefert semiquantitative Informationen zur atmosphärischen Belastung und ermöglicht es, die Umweltauswirkungen von Schadstoffen direkt abzuschätzen .
Die Beobachtung von Bioindikator-Organismen ergänzt in der Regel automatische Messgeräte oder leitet die Auswahl der zu analysierenden Moleküle.
BeispieleDie Bioindikation der Wasserqualität ist die Verwendung von Organismen, die auf einen bestimmten Schadstoff mit makroskopisch oder mikroskopisch sichtbaren Auswirkungen empfindlich sind, um die Wasserqualität zu beurteilen. Diese liefert semiquantitative Informationen über die Belastung der aquatischen Umwelt und ermöglicht es, die Umweltauswirkungen von Schadstoffen direkt abzuschätzen.
BeispieleFür das Biomonitoring von Süßwasser werden die Amphibien , die Odonata und benthische Wirbellose (einschließlich der Oligochaeten ) häufig zur Biobewertung der Qualität von Feuchtgebieten oder Gewässern und Sedimenten verwendet .
Bestimmte benthische Wirbellose sind sehr gute Bioindikatoren für Süßwasserqualität und können auch gezielt zur Bewertung der Konzentrationen verschiedener Metalle, Halbmetalle oder bestimmter organischer Schadstoffe (siehe zB Saprobiergrad ) untersucht werden. Daher ist es wichtig, den Eintrittsweg des Schadstoffs in den Körper zu bestimmen. Individuen können Giftstoffe aus dem Wasser direkt über ihre Kiemen und / oder durch die Nahrung aufnehmen, indem sie Beute aufnehmen. Die relative Bedeutung eines Eintragswegs variiert je nach Art und untersuchten Kontaminanten und kann ermittelt werden, indem der Bioindikator unterschiedlichen Behandlungen für das Vorhandensein des Kontaminanten nur in Wasser oder Nahrungsmitteln unterzogen wird. Auch der pH-Wert des Mediums ist von großer Bedeutung, beispielsweise erleichtert die Ansäuerung die Zirkulation von Metallen.
In einem Organismus bioakkumulieren bestimmte Organe wie die Niere oder die Leber oder das Skelett differenziell Schwermetalle oder andere Schadstoffe (insbesondere bei Fischen). Metalle, die in einen Organismus gelangen, können von Metallproteinen aufgenommen werden, die Zellmedien entgiften . Sie werden in Gegenwart des Schadstoffes produziert und bilden die Grundlage des Regulierungsmechanismus. Die Lysosomen und Zellpellets können auch verwendet werden, um diese Metalle zu sequestrieren. Die Mechanismen variieren in Abhängigkeit von den untersuchten Bioindikatoren und Kontaminanten. Neueste Studien ermöglichen es, die subzelluläre Verteilung von Metallen in einem bestimmten Gewebe ( Leber , Kiemen , Darm ) zu kennen, die allesamt Aufschluss über die Art der Schadstoffe in einer Umwelt sowie über Dauer und Grad der Exposition geben diese Schadstoffe für die Arten eines bestimmten Ökosystems. Das Vorliegen von Mutationen , Wunden, Parasitosen oder Degenerationen liefern zusätzliche Informationen, die auch für den Ökotoxikologen und den Ökologen von Interesse sind .
Weichtiere werden auch häufig als Bioindikatoren verwendet, sei es für Süßwasserumgebungen oder küstennahe Meeresumgebungen. Die Struktur ihrer Bevölkerung, ihre Physiologie, ihr Verhalten und der Grad der Anreicherung verschiedener Schadstoffe in ihren Geweben können sehr wichtige Informationen über den Gesundheitszustand einer Umgebung und deren Kontaminationsgrad geben. Sie sind besonders nützlich, weil sie sessil und daher charakteristisch für den Ort sind, an dem sie gefunden oder implantiert werden. Unter den bekanntesten Anwendungen können wir die Imposex oder das American Mussel Watch Program nennen, die sehr gute Beispiele dafür sind, was heute in verschiedenen Ländern zu finden ist.
Diese manchmal verwechselten Konzepte weisen zwei Unterschiede auf, die mit dem untersuchten Niveau der biologischen Organisation und den mit ihrer Verwendung verfolgten Zielen zusammenhängen. Einerseits geben Bioindikator-Arten durch ihre Anwesenheit, Abwesenheit und Häufigkeit, also durch ihre Populationsdynamik, Auskunft über Veränderungen im Ökosystem, während Wächter-Arten durch Veränderungen am molekularen, zellulären, physiologischen oder Verhaltensebene, die ihre Exposition gegenüber Schadstoffen aufzeigen (im ersten Fall erfolgt die Studie auf Bevölkerungsebene der Anzahl der Individuen, im zweiten Fall auf der Ebene des Individuums - Gewebe, morphologisch). Andererseits werden Bioindikatorarten verwendet, um ein Ökosystem zu kennen, und nicht nur, um die Auswirkungen der Verschmutzung zu messen; zum anderen werden Sentinel-Arten im Rahmen der Ökotoxikologie für das Umweltmonitoring mobilisiert.
Tiere können in der Epidemiologie verwendet werden , um Tierseuchen zu antizipieren . Die verwendeten Tiere können in Gefangenschaft oder in freier Wildbahn sein und die verwendeten Arten müssen mehrere Kriterien erfüllen, um verwendbar zu sein:
Es ist auch möglich, Analysen an Vogelleichen durchzuführen.
Diese Technik hat eine gute Empfindlichkeit. Im Fall des West-Nil-Fiebers konnten die in Gefangenschaft gehaltenen Sentinel-Standorte der Camargue 2001 und 2002 die Aktivität des verantwortlichen Virus nachweisen , obwohl es keine Risikopopulationen betraf und 2004 seine Aktivität vorhersehbar war, bevor es Pferde befiel.
Mann, Spermien , menschliche Fruchtbarkeit , durchschnittliche Lebensdauer , Krebsrate (und ihre Art) oder Rate anderer Krankheiten können zu den Indikatoren für die Bewertung des Umweltzustands gehören .
Sie sind die objektivsten „natürlichen Integratoren“ eines Umweltzustands und damit der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten in Kombination mit möglichen natürlichen „bio-geo-klimatischen“ Gefahren, was sie letztendlich leichter in Frage stellt. Der Vorteil ist, dass sie eine biologische Realität widerspiegeln. Sie können die Leistungsindizes bestätigen oder dementieren. Der Nachteil ist, dass sie für den Benutzer manchmal frustrierend sind, denn wenn sie ein Problem und seine Symptome hervorheben, weisen sie nicht mit Sicherheit (vor einem Bestätigungserlebnis) auf die (oft mehrere) Ursachen hin.
Bioindikatoren sind keine Ansammlung gemessener Indikatoren. Sie integrieren natürlich die extreme Komplexität, Synergien und Trägheit, die für Ökosysteme spezifisch sind.
Viele Akteure, die wahrscheinlich für Umweltzerstörung verantwortlich sind, werden ihre Verantwortung daher leicht bestreiten. Für viele Bewertungsprotokolle und manchmal auch für die Anwendung des Vorsorgeprinzips ist die Bioindikation jedoch sinnvoll oder notwendig .
Die Europäische Kommission hat 2007 nach vierjähriger Diskussion zum Thema „ Gesundheit-Umwelt “ ein Pilotprojekt zum Biomonitoring beim Menschen validiert .
Nach einer Phase der wissenschaftlichen Forschung und Validierung, die Entwicklung des Einsatzes von Bioindikationen durch AASQA und durch Umweltüberwachungsnetzwerke durch Industrielle, staatliche Dienste und die Tatsache, dass lebendes Material verwendet wird, um Informationen (qualitativ und manchmal quantitativ) über den Zustand der Die Umwelt veranlasst die Akteure, zunehmend standardisierte Protokolle zu erstellen, damit sie für alle nützlich sind, auch in neueren Bereichen wie der Luftqualität in Innenräumen, der Umweltgesundheit ( Human Biomonitoring ) oder der pädagogischen Nutzung von Bioindikationen.
Für Wasser ist in Europa der Mindestrahmen der der WRRL , der 2010 in Frankreich durch ein Dekret abgeschafft wurde, das die Methoden und Kriterien zur Bewertung des ökologischen Zustands , des chemischen Zustands und des ökologischen Potenzials festlegte .
Die Bioindikation war Gegenstand von Fortschritten, die 2013 von ONEMA in einem 2013 veröffentlichten Leitfaden synthetisiert wurdenJanuar 2010gelten nur für den ersten Bewertungszyklus der WRRL (2010-2015). Sie werden dann für den zweiten DCE-Zyklus (2016-2021) mit Interkalibrierung und besserer Relevanz und "DCE-Kompatibilität" von Bioindikationsmethoden entwickelt, indem der Wissensfortschritt über anthropogene Auswirkungen und Belastungen auf die Ressource integriert wird.
Es gibt auch viele Leitfäden, die die Umweltdiagnose harmonisieren sollen (u.a. zum Beispiel zu Pflanzenprobenverfahren.
Die Phytosoziologie wurde zuerst angehängt, um die für natürliche Lebensräume charakteristischen Pflanzengesellschaften zu beschreiben und zu benennen und einen Rahmen für die Bioindikation durch Pflanzen zu schaffen. Der französische Botaniker Gérard Ducerf stellte dann fest, dass es an einem Äquivalent für Nahrungs- und Heilpflanzen mangelte , und verpflichtete sich, die Bioindikatorpflanzen von Feldern und Wiesen aufzulisten und zu beschreiben, um Landwirten (oder Gärtnern) bei der Beurteilung des Zustands und der Eigenschaften ihrer Böden, die Geschichte dieser Böden und ihre agrarökologischen Bedürfnisse und Potenziale; oder die Bedingungen für die Aufhebung der Samenruhe, basierend auf der Beobachtung von Pflanzen, die dort spontan leben.