Способ биологического мониторинга окружающей среды и система для его осуществления

Способ биологического мониторинга окружающей среды и система для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к средствам экологического мониторинга окружающей среды с помощью дистанционного неинвазивного контроля в реальном масштабе времени функционального состояния животных, и преимущественно может быть использовано для автоматической оперативной оценки качества таких компонентов окружающей среды, как вода, донные отложения, воздух и почва.

Для дистанционного автоматического биологического мониторинга окружающей среды, осуществляемого в реальном масштабе времени, могут быть использованы различные виды тестируемых животных, выбор которых определяется средой их обитания. Так, например, виноградных улиток, ахатин, скорпионов и медведок можно использовать для оценивания качества воздуха и почвы, а рыб, крабов, речных раков, лангустов, омаров и обитающих в воде раковинных моллюсков, например устриц, мидий, различных видов унионид и брюхоногих моллюсков для оценивания качества воды и донных отложений.

При осуществлении биологического мониторинга окружающей среды тестируемых животных помещают в среду их обитания и с помощью датчиков измеряют те или иные параметры их физиологической активности, на основании анализа изменения которых судят о качестве окружающей среды.

Среди способов биологического мониторинга окружающей среды известен способ биологического мониторинга в реальном времени физико-химических параметров водной среды (ЕР 0730736, 1996, WO 95/14925, 1995), который включает размещение тропических рыб разновидности Apteronotus albifrons, обладающих физиологической способностью испускать электрические сигналы с частотой около 1000 Гц и используемых в качестве тестируемых животных, в перфорированных капсулах, которые установлены в емкости для проточной контролируемой воды, поддержание с помощью системы терморегулирования заданной температуры контролируемой воды с погрешностью, не превышающей 0,1°С, прием испускаемых рыбами электрических сигналов с помощью металлических электродов, размещенных в контролируемой воде внутри емкости, усиление этих электрических сигналов, преобразование их в цифровые коды, ввод цифровых кодов в компьютер, обработку цифровых кодов компьютером для определения параметров принятых электрических сигналов и принятие решения об экологической опасности при отклонении параметров принятых электрических сигналов от заданных значений.

Известен способ оценки качества воды (US 6393899, 2002) на основании дыхательной активности аборигенных пресноводных рыб, прежде всего обладающих значительными по размерам жаберными крышками форелевых или окуневых, который основан на регистрации и анализе в реальном масштабе времени сигналов движения их жаберных крышек. Данный известный способ предусматривает размещение рыб в экспозиционных камерах с контролируемой водой с установленными на каждой камере в контролируемой воде сверху и снизу двумя электродами, выполненными, например, из нержавеющей стали или графита, прием и преобразование с помощью указанных электродов физиологических сигналов, возникающих при движении жаберных крышек тестируемых рыб, в электрические сигналы движения жаберных крышек, передачу этих электрических сигналов по проводной линии связи, усиление и преобразование их в цифровые коды, ввод полученных цифровых кодов в компьютер, обработку цифровых кодов компьютером для определения частоты и глубины дыхания тестируемых рыб и принятие решения об экологической опасности при отклонении частоты и глубины дыхания тестируемых рыб от заданных значений с формированием сигнала тревоги и последующим отбором пробы контролируемой воды для осуществления химического анализа.

Известен также способ биологического мониторинга водной среды, который осуществлен в известной системе биологического мониторинга среды обитания животного (RU 77974 U1, 2008). Указанный способ включает установку на теле тестируемой рыбы датчика движения жаберных крышек, размещение тестируемой рыбы в контролируемой воде, регистрацию и анализ сигналов движения жаберных крышек рыбы, характеризующего ее дыхательную активность, и принятие решения о состоянии контролируемой водной среды на основании результатов этого анализа.

Последние два известных способа позволяют формировать и регистрировать сигналы движения жаберных крышек рыб, а также автоматически осуществлять принятие решения о снижении качества контролируемой водной среды на основании изменения параметров этого движения, которое обусловлено происходящим в организме рыб стрессом, связанным со снижением качества воды.

Известны способ биологического мониторинга водной среды, который осуществлен в известной аппаратуре для обнаружения загрязнения водной среды (FR 2713778, 1995), и способ биологического мониторинга водной среды на основе регистрации положения створок раковин двухстворчатых раковинных моллюсков (RU 2361207, 2009). Указанные известные способы предусматривают использование в качестве тестируемых животных обитающих в воде двухстворчатых раковинных моллюсков, например мидий или устриц, и в общей для них части предусматривают размещение моллюсков с датчиками положения створок в контролируемой воде, формирование датчиками электрических сигналов положения створок, преобразование их в цифровые коды, ввод цифровых кодов в компьютер, сравнение компьютером введенных цифровых кодов с пороговым значением, соответствующим значению электрического сигнала при закрытых створках раковины моллюска, определение количества моллюсков, закрывших створки раковин, по результатам сравнения цифровых кодов с пороговым значением и принятие решения о загрязнении контролируемой воды при превышении количества моллюсков, закрывших створки раковин, порогового значения.

Указанные известные способы биологического мониторинга водной среды позволяют формировать и регистрировать сигналы положения створок раковин моллюсков, а также автоматически осуществлять принятие решения о снижении качества контролируемой водной среды в случае регистрации закрытия створок своих раковин несколькими из тестируемых моллюсков, что обусловлено происходящим в организмах моллюсков стрессом, связанным со снижением качества воды.

Известны способы биологического мониторинга окружающей среды (WO 2008/048141, 2008; ЕА 012479, 2009), а также способы, осуществляемые при функционировании известных систем биологического мониторинга окружающей среды (Depledge M.H., Andersen B.B. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - Comp. Biochem. Physiol., Vol.96A, 1990, No. 4, p.p.473-477; RU 52190 U1, 2006; RU 61431 U1, 2007). При осуществлении этих известных способов используют таких тестируемых животных, как речные раки, лангусты, крабы, устрицы, мидии, ампулярии или некоторые виды унионид. В общей для них части указанные способы предусматривают неинвазивную установку на теле тестируемого животного инфракрасного оптико-электронного датчика кардиологической активности, размещение тестируемого животного в контролируемой среде, формирование и анализ сигналов кардиологической активности тестируемого животного и принятие решения о состоянии контролируемой окружающей среды на основании результатов этого анализа.

Наиболее близким к настоящему способу биологического мониторинга окружающей среды является известный способ биологического мониторинга окружающей среды (RU 2308720, 2007), который включает размещение в контролируемой среде тестируемого животного с установленным на его теле инфракрасным оптико-электронным датчиком кардиологической активности, формирование электрического сигнала кардиологической активности тестируемого животного, усиление полученного электрического сигнала, его аналого-цифровое преобразование, ввод полученных цифровых кодов в компьютер, определение и запоминание с помощью компьютера выборки значений периода электрического сигнала заданного объема, определение с помощью компьютера статистической характеристики запомненной выборки, сравнение с помощью компьютера полученной статистической характеристики с установленным для нее пороговым значением и формирование сигнала экологической опасности на основании результата сравнения.

При этом в случае использования способа биологического мониторинга окружающей среды, являющегося ближайшим аналогом, для контроля качества воды тестируемых животных, например речных раков, унионид или бентосных беспозвоночных с жестким наружным покровом других видов, которые обитают в контролируемом водоеме, размещают в проточном аквариуме.

При использовании способа биологического мониторинга окружающей среды, являющегося ближайшим аналогом, для контроля качества воздуха тестируемых животных, например виноградных улиток, ахатин, скорпионов или медведок, размещают в камере для животного, через которую прокачивают контролируемый воздух.

Поскольку наличие в контролируемой среде загрязнений вызывает у тестируемых животных состояние стресса, переход в которое сопровождается существенным повышением частоты и снижением периода сердечных сокращений, такой контроль кардиологической активности тестируемых животных позволяет выявить факт наличия в контролируемой среде загрязнений.

Вместе с тем, заболевание тестируемых животных даже в условиях отсутствия загрязнений контролируемой среды приводит как к изменению параметров их кардиологической активности, регистрируемой при осуществлении ближайшего аналога (RU 2308720, 2007) и некоторых выше упомянутых аналогов (RU 52190 U1, 2006; RU 61431 U1, 2007; WO 2008/048141, 2008; ЕА 012479, 2009; Depledge M.H., Andersen В.В. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - Comp. Biochem. Physiol., Vol.96A, 1990, No.4, p.p.473-477), так и к изменению других видов физиологической активности, регистрация которых предусмотрена при осуществлении остальных рассмотренных выше аналогов (FR2713778, 1995; WO 95/14925, 1995; ЕР 0730736, 1996; US 6393899, 2002; RU 77974 U1, 2008; RU 2361207, 2009).

С одной стороны, при заболевании тестируемого животного такие изменения параметров физиологической активности приводят к снижению достоверности контроля окружающей среды, так как вызывают увеличение вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска сигнала экологической опасности. С другой стороны, это вызывает необходимость замены тестируемых животных, осуществляемой заведомо более часто, чтобы предотвратить возможное использование заболевших животных, приводящее к снижению достоверности контроля окружающей среды, в результате чего повышаются сложность и стоимость эксплуатации систем, позволяющих осуществить как способ, являющийся ближайшим аналогом, так и все указанные выше способы-аналоги.

Среди систем биологического мониторинга окружающей среды известна аппаратура для биологического мониторинга в реальном масштабе времени физико-химических параметров водной среды (ЕР 0730736, 1996, WO 95/14925, 1995), для которой в качестве тестируемых животных используются тропические рыбы разновидности Apteronotus albifrons. Поскольку указанные рыбы обладают физиологической способностью испускать электрические сигналы с частотой около 1000 Гц, о физиологической активности этих тестируемых животных судят по изменению испускаемых ими электрических сигналов. Указанная известная аппаратура содержит емкость для проточной контролируемой воды, систему регулирования заданной температуры контролируемой воды с погрешностью, не превышающей 0,1°С, по меньшей мере, одну перфорированную капсулу для размещения тестируемой рыбы, установленную в емкости, размещенные в контролируемой воде внутри емкости металлические электроды, подключенный к электродам усилитель с аналого-цифровым преобразователем и подключенный к выходу аналого-цифрового преобразователя компьютер с монитором.

Известна система автоматического биологического мониторинга качества воды (US 6393899, 2002), которая основана на регистрации и анализе сигналов дыхательной активности рыб. Данная известная система содержит экспозиционные камеры с анализируемой водой для размещения рыб, установленные на каждой камере в анализируемой воде сверху и снизу два электрода, каждый из которых выполнен, например, из нержавеющей стали или графита для обеспечения устойчивости к коррозии и снабжен держателем электрода и герметичным штепсельным разъемом. Кроме того, указанная система содержит размещенные вне анализируемой воды последовательно соединенные усилитель, подключенный с помощью линии связи к электродам, аналого-цифровой преобразователь, контроллер, терминальную панель и осциллограф, подключенные к терминальной панели пробоотборник и сигнализатор тревоги, а также подключенные к контроллеру удаленный компьютер, удаленный монитор и анализатор качества воды с управляемым электромагнитным клапаном.

Известна система биологического мониторинга среды обитания животного (RU 77974 U1, 2008), которая основана на регистрации и анализе сигналов движения жаберных крышек рыб, характеризующего их дыхательную активность. Указанная известная система содержит датчик движения жаберной крышки, волоконно-оптическую линию связи, источник оптического излучения, приемник оптического излучения, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер.

Известны системы биологического мониторинга водной среды (FR 2713778, 1995; RU 2361207, 2009), предусматривающие использование в качестве тестируемых животных обитающих в воде двухстворчатых раковинных моллюсков, например мидий или устриц. При функционировании указанных известных систем используют регистрацию изменения положения створок раковин двухстворчатых раковинных моллюсков, которое характеризует их дыхательную и пищедобывательную активность. Упомянутые известные системы в общей для них части содержат датчик относительного движения створок раковины моллюска, линию передачи сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и компьютер.

Известна компьютеризированная система физиологического мониторинга водной среды CAPMON (Depledge M.H., Andersen B.B. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - Comp. Biochem. Physiol., Vol.96A, 1990, No.4, p.p.473-477), которая основана на неинвазивном формировании, регистрации и анализе сигналов кардиологической активности крабов. Данная известная компьютеризированная система физиологического мониторинга водной среды содержит восемь формирователей цифрового сигнала кардиологической активности, каждый из которых содержит последовательно соединенные датчик кардиологической активности, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, компьютер с принтером и накопителем на жестком диске и мультиплексор, входы и выход которого подключены соответственно к выходам аналого-цифровых преобразователей, формирователей цифрового сигнала кардиологической активности и входу компьютера.

Известны системы биологического мониторинга окружающей среды (RU 52190 U1, 2006; RU 61431 U1, 2007; WO 2008/048141, 2008; ЕА 012479, 2009), при функционировании которых применяют таких тестируемых животных, как речные раки, лангусты, крабы, устрицы, мидии, ампулярии или некоторые виды унионид и регистрируют параметры кардиологической активности этих животных. Указанные известные системы в общей для них части содержат инфракрасные оптико-электронные датчики кардиологической активности, выполненные с возможностью установки на теле тестируемого животного, волоконно-оптические линии связи, усилители, аналого-цифровые преобразователи и компьютер.

Наиболее близкой к системе биологического мониторинга окружающей среды, являющейся предметом настоящего изобретения, следует считать систему биологического мониторинга окружающей среды (RU 2308720, 2007), при функционировании которой регистрируют параметры кардиологической активности тестируемых животных и используют для целей контроля воздушной среды виноградных улиток, ахатин, скорпионов или медведок, а для целей контроля водной среды и донных отложений используют речных раков, некоторые виды унионид, а также другие виды бентосных беспозвоночных с жестким наружным покровом. Указанная система биологического мониторинга окружающей среды содержит инфракрасные оптико-электронные датчики кардиологической активности, выполненные с возможностью неинвазивной установки на теле тестируемого животного, усилители, аналого-цифровые преобразователи и компьютер.

В случае использования известной системы биологического мониторинга окружающей среды, являющейся ближайшим аналогом, для контроля качества воды тестируемых животных, например речных раков, унионид или бентосных беспозвоночных с жестким наружным покровом других видов, которые обитают в контролируемом водоеме, размещают в проточном аквариуме.

При использовании системы биологического мониторинга окружающей среды, являющейся ближайшим аналогом, для контроля качества воздуха тестируемых животных, например виноградных улиток, ахатин, скорпионов или медведок, размещают в камере для животного, через которую прокачивают контролируемый воздух.

Датчики кардиологической активности, установленные на теле тестируемых животных, преобразуют сигналы кардиологической активности в электрические сигналы, которые после усиления по мощности преобразуются в цифровые коды, поступающие в компьютер. Компьютер в результате обработки поступивших цифровых кодов определяет статистические характеристики периода сердечных сокращений тестируемых животных и на основании сравнения их с установленными пороговыми значениями формирует сигнал о наличии или отсутствии в контролируемой среде опасных загрязнений.

Поскольку наличие в контролируемой среде загрязнений вызывает у тестируемых животных состояние стресса, переход в которое сопровождается существенным повышением частоты сердечных сокращений и снижением их периода, такой контроль кардиологической активности тестируемых животных позволяет выявить факт наличия в контролируемой среде загрязнений.

Вместе с тем, заболевание тестируемых животных даже в условиях отсутствия загрязнений контролируемой среды приводит как к изменению параметров их кардиологической активности, регистрируемой при функционировании ближайшего аналога (RU 2308720, 2007) и некоторых выше упомянутых аналогов (RU 52190 U1, 2006; RU 61431 U1, 2007; WO 2008/048141, 2008; ЕА 012479, 2009; Depledge M.H., Andersen В.В. A computer-aided physiological monitoring system for continuous, long-term recording of cardiac activity in selected invertebrates. - Comp. Biochem. Physiol., Vol.96A, 1990, No.4, p.p.473-477), так и к изменению других видов физиологической активности, регистрация которых предусмотрена при использовании остальных рассмотренных выше аналогов (FR 2713778, 1995; WO 95/14925, 1995; ЕР 0730736, 1996; US 6393899, 2002; RU 77974 U1, 2008; RU 2361207, 2009).

С одной стороны, при заболевании тестируемого животного такие изменения параметров физиологической активности приводят к снижению достоверности контроля окружающей среды, так как вызывают увеличение вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска сигнала экологической опасности. С другой стороны, это вызывает необходимость замены тестируемых животных, осуществляемой заведомо более часто, чтобы предотвратить возможное использование заболевших животных, в результате чего повышаются сложность и стоимость эксплуатации как системы, являющейся ближайшим аналогом, так и всех указанных выше аналогов.

Задачей настоящей группы изобретений явилось создание способа биологического мониторинга окружающей среды и системы для его осуществления, которые по сравнению с известными техническими решениями обеспечивают снижение вероятностей ложной тревоги и пропуска сигнала экологической опасности, а также упрощение эксплуатации и снижение стоимости эксплуатации системы биологического мониторинга окружающей среды.

Следовательно, технический результат, обеспечиваемый заявляемой группой изобретений, заключается в снижении вероятностей ложной тревоги и пропуска сигнала экологической опасности, а также в упрощении эксплуатации и в снижении стоимости эксплуатации системы биологического мониторинга окружающей среды.

Поставленные задачи решены, согласно настоящему изобретению, во-первых, тем, что способ биологического мониторинга окружающей среды, включающий, в соответствии с ближайшим аналогом, размещение тестируемого животного с датчиком его физиологической активности в контролируемой среде, формирование датчиком электрического сигнала физиологической активности тестируемого животного, усиление полученного электрического сигнала, аналого-цифровое преобразование его мгновенных значений, ввод их в компьютер и запоминание, определение с помощью компьютера выборки заданного объема значений параметра электрического сигнала, несущего информацию о физиологической активности тестируемого животного, определение компьютером, по меньшей мере, одной статистической характеристики полученной выборки, сравнение компьютером полученной статистической характеристики с установленным для нее пороговым значением и формирование сигнала экологической опасности на основании результата сравнения, отличается от ближайшего аналога тем, что после размещения тестируемого животного в контролируемой среде освещают тестируемое животное в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи источником оптического излучения видимого диапазона длин волн, определяют компьютером путем обработки выборки значений параметра электрического сигнала и запоминают значения моментов времени изменений физиологической активности тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи, определяют компьютером модули разностей текущих и полученных ранее значений моментов времени изменений физиологической активности тестируемого животного и принимают решение о замене тестируемого животного при превышении, по меньшей мере, одним полученным модулем разности установленного порогового значения.

При этом дополнительно определяют компьютером путем обработки выборки значений параметра электрического сигнала и запоминают средние арифметические значения параметра электрического сигнала, полученные на интервалах времени между моментами времени изменений физиологической активности тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи, определяют компьютером модули разностей текущих и полученных ранее средних арифметических значений параметра электрического сигнала и принимают решение о замене тестируемого животного при превышении, по меньшей мере, одним полученным модулем разности установленного порогового значения.

Дополнительно определяют компьютером путем обработки выборки значений параметра электрического сигнала и запоминают наиболее вероятные значения параметра электрического сигнала, полученные на интервалах времени между моментами времени изменений физиологической активности тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи, определяют компьютером модули разностей текущих и полученных ранее наиболее вероятных значений параметра электрического сигнала и принимают решение о замене тестируемого животного при превышении, по меньшей мере, одним полученным модулем разности установленного порогового значения.

При освещении тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи управляют включением и выключением источника оптического излучения с помощью компьютера.

Для освещения тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи включают источник оптического излучения при восходе Солнца и выключают его при заходе Солнца, причем включение и выключение источника оптического излучения осуществляют с обеспечением освещенности тестируемого животного, изменяющейся в соответствии с изменением освещенности при восходе и заходе Солнца, соответственно.

В качестве датчика физиологической активности тестируемого животного используют датчик кардиологической активности, а в качестве параметра электрического сигнала, несущего информацию о физиологической активности тестируемого животного, используют период или частоту электрического сигнала.

В качестве датчика физиологической активности тестируемого животного используют датчик относительного положения створок раковин двухстворчатого раковинного моллюска, а в качестве параметра электрического сигнала, несущего информацию о физиологической активности тестируемого животного, используют мгновенное значение электрического сигнала.

В качестве датчика физиологической активности тестируемого животного используют датчик положения жаберной крышки относительно тела тестируемой рыбы, а в качестве параметра электрического сигнала, несущего информацию о физиологической активности тестируемого животного, используют амплитуду или период или частоту электрического сигнала.

Осуществление после размещения тестируемого животного в контролируемой среде освещения тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи источником оптического излучения видимого диапазона длин волн, определение компьютером путем обработки выборки значений параметра электрического сигнала, несущего информацию о физиологической активности тестируемого животного, значений моментов времени изменений физиологической активности тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи и запоминание этих значений, определение компьютером модулей разностей текущих и полученных ранее значений моментов времени изменений физиологической активности тестируемого животного и принятие решения о замене тестируемого животного при превышении, по меньшей мере, одним полученным модулем разности установленного порогового значения обеспечивает решение декларированных задач настоящего изобретения в связи со следующими обстоятельствами.

Известно, что физиологическая активность любых животных является зависимой от времени суток. Авторами настоящего изобретения экспериментально установлено, что, например, повышение локомоторной и пищедобывательной активности условно здоровых речных раков в ночное и сумеречное время сопровождается повышением частоты их сердечных сокращений в 3-4 раза по отношению к частоте сердечных сокращений в дневное время, в то время как у заболевших животных частота сердечных сокращений увеличивается в этом случае только в 1,5-2,0 раза. Например, экспериментально установлено, что повышение дыхательной и пищедобывательной активности условно здоровых мидий в сумеречное и ночное время суток проявляется в более широком раскрытии створок раковин этих двухстворчатых раковинных моллюсков, составляющем 6-7 мм, по сравнению со значением 3-4 мм, свойственным дневному времени суток. При этом у заболевших мидий разность указанных значений существенно уменьшается.

Следовательно, регистрация и анализ параметров физиологической активности тестируемых животных на достаточно длительном интервале времени позволяют не только судить о качестве их среды обитания, но и с учетом времени суток о функциональном состоянии их организма, позволяя оперативно выявлять заболевших тестируемых животных и принимать решение об их замене.

Вместе с тем, при контроле как качества воды и донных отложений, например, на водозаборных станциях водоподготовки, так и качества воздуха, например, на предприятиях по сжиганию отходов или на предприятиях топливно-энергетического комплекса соответственно аквариум или камеру с тестируемыми животными размещают в помещении станции мониторинга, где используется постоянно функционирующее дежурное освещение, не обеспечивающее соответствующего суточному циклу светового режима.

В связи с этим, осуществление после размещения тестируемого животного в аквариуме или камере с контролируемой средой освещения тестируемого животного в соответствии с суточным циклом смены дня и ночи источником видимого оптического излучения позволяет обеспечить для тестируемых животных искусственный световой режим, соответствующий их суточному циклу физиологической активности. В результате этого регистрация и анализ параметров физиологической активности тестируемых животных на достаточно длительном интервале времени обеспечивают возможность выявления заболевших тестируемых животных на основании определения тех животных, параметры физиологической активности которых становятся менее подверженными влиянию суточного цикла, и принятия решения о замене таких животных.

С одной стороны, своевременная замена заболевших тестируемых животных здоровыми животными обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска сигнала экологической опасности, обеспечивая повышение достоверности контроля окружающей среды. С другой стороны, в отличие от известных аналогов, при осуществлении которых для предотвращения возможного использования заболевших животных замена тестируемых животных осуществляется заведомо более часто, при осуществлении способа биологического мониторинга окружающей среды, являющегося предметом настоящего изобретения, необходимость замены тестируемого животного возникает только после выявления нарушения его функционального состояния, связанного с заболеванием, в результате чего снижаются сложность и стоимость эксплуатации системы биологического мониторинга окружающей среды.

Поставленные задачи решены, согласно настоящему изобретению, во-вторых, также тем, что система биологического мониторинга окружающей среды, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, компьютер, по меньшей мере, один датчик физиологической активности тестируемого животного, по меньшей мере, один усилитель, подключенный входом к датчику физиологической активности тестируемого животного, и, по меньшей мере, один аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к выходу усилителя, а выходом к компьютеру, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена осветителем, установленным с возможностью освещения тестируемого животного и подключенным к выходу компьютера с обеспечением возможности его включения и выключения, соответственно, при восходе и заходе Солнца.

При этом в качестве датчика физиологической активности тестируемого животного использован датчик кардиологической активности тестируемого животного.

В качестве датчика физиологической активности тестируемого животного использован датчик относительного положения створок раковин двухстворчатого раковинного моллюска.

В качестве датчика физиологической активности тестируемого животного использован датчик положения жаберной крышки относительно тела тестируемой рыбы.

Снабжение системы биологического мониторинга окружающей среды осветителем, установленным с возможностью освещения тестируемого животного и подключенным к выходу компьютера с обеспечением возможности его включения и выключения, соответственно, при восходе и заходе Солнца, обеспечивает решение декларированных задач настоящего изобретения в связи со следующими обстоятельствами.

Как отмечалось выше, физиологическая активность любых животных является зависимой от времени суток. Авторами настоящего изобретения экспериментально установлено, что, например, повышение локомоторной и пищедобывательной активности условно здоровых речных раков в ночное и сумеречное время сопровождается повышением частоты их сердечных сокращений в 3-4 раза по отношению к частоте сердечных сокращений в дневное время, в то время как у заболевших животных частота сердечных сокращений увеличивается в этом случае только в 1,5-2,0 раза. Например, экспериментально установлено, что повышение дыхательной и пищедобывательной активности условно здоровых мидий в сумеречное и ночное время суток проявляется в более широком раскрытии створок раковин этих двухстворчатых раковинных моллюсков, составляющем 6-7 мм, по сравнению со значением 3-4 мм, свойственным дневному времени суток. При этом у заболевших мидий разность указанных значений существенно уменьшается.

Следовательно, регистрация и анализ параметров физиологической активности тестируемых животных на достаточно длительном интервале времени позволяют не только судить о качестве их среды обитания, но и с учетом времени суток о функциональном состоянии их организма, позволяя оперативно выявлять заболевших тестируемых животных и принимать решение об их замене.

Вместе с тем, при контроле как качества воды и донных отложений, например, на водозаборных станциях водоподготовки, так и качества воздуха, например, на предприятиях по сжиганию отходов или на предприятиях топливно-энергетического комплекса соответственно аквариум или камеру с тестируемыми животными размещают в помещении станции мониторинга, где используется постоянно функционирующее дежурное освещение, не обеспечивающее соответствующего суточному циклу светового режима.

В связи с этим, снабжение системы биологического мониторинга окружающей среды осветителем, установленным с возможностью освещения тестируемого животного и подключенным к выходу компьютера с обеспечением возможности его включения и выключения, соответственно, при восходе и заходе Солнца, позволяет при ее функционировании обеспечить для тестируемых животных искусственный световой режим, соответствующий их суточному циклу физиологической активности. В результате этого регистрация и анализ параметров физиологической активности тестируемых животных на достаточно длительном интервале времени обеспечивают возможность выявления заболевших тестируемых животных на основании определения тех животных, параметры физиологической активности которых становятся менее подверженными влиянию суточного цикла, и принятия решения о замене таких животных.

Во-первых, своевременная замена заболевших тестируемых животных здоровыми животными обеспечивает снижение вероятности ложной тревоги и вероятности пропуска сигнала экологической опасности, обеспечивая повышение достоверности контроля окружающей среды. Во-вторых, в отличие от известных аналогов, при функционировании которых для предотвращения возможного использования заболевших животных замена тестируемых животных осуществляется заведомо более часто, при функционировании системы биологического мониторинга окружающей среды, являющейся предметом настоящего изобретения, необходимость замены тестируемого животного возникает только после выявления нарушения его функционального состояния, связанного с заболеванием, в результате чего снижаются сложность и стоимость эксплуатации системы биологического мониторинга окружающей среды.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированных выше задач настоящего изобретения благодаря наличию у способа биологического мониторинга окружающей среды и системы для его осуществления перечисленных выше отличительных признаков.

На фиг.1 показана структурная схема системы биологического мониторинга окружающей среды, позволяющей осуществить заявляемый способ биологического мониторинга окружающей среды, для случая, когда она используется для контроля качества воды, где 1 - датчик физиологической активности, 2 - усилитель, 3 - аналого-цифровой преобразователь, 4 - компьютер, 5 - осветитель, 6 - аквариум, 7 - впускной патрубок, 8 - выпускной патрубок и 9 - тестируемое животное.

На фиг.2 показан полученный экспериментально график изменения периода Т сердечных сокращений речного рака Astacus astacus L. от времени t в течение суток для случая, когда осветитель 5 включают в 8.00 и выключают в 20.00.

Поскольку для повышения достоверности контроля окружающей среды на практике используют несколько тестируемых животных (на чертежах не показано), система биологического мониторинга окружающей среды содержит, по меньшей мере, один датчик 1 физиологической активности (на практике - по числу используемых тестируемых животных), который выполнен с возможностью преобразования в электрический сигнал того или иного параметра физиологической активности тестируемого животного 9 и, например, с возможностью установки на теле тестируемого животного 9.

Например, для обеспечения возможности регистрации параметров кардиологической активности тестируемого животного 9 используют датчик кардиологической активности в качестве датчика 1 физиологическ