ANALYSIS OF EXPERIENCE IN THE APPLICATION OF BIOLOGICAL SYSTEMS FOR EARLY WARNING OF WATER POLLUTION
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.13.2025.35Keywords:
water pollution, biological monitoring, toxic properties of water, rapid analysis, biotesting, test object, organism sensitivityAbstract
Water pollution is one of the most critical global environmental problems of our time, which has far-reaching consequences for the biosphere and humanity. This phenomenon is characterized by a change in the physical, chemical and biological properties of water, which makes it unsuitable for consumption and disrupts the functioning of natural ecosystems. The main anthropogenic sources of pollution are industrial wastewater, domestic wastewater, agricultural activities. All this poses a significant threat to the health of ecosystems and people.Comprehensive ecotoxicological studies are used to assess the level of pollution and the impact of pollutants on biotic systems. Daphnia (Daphnia magna) is recognized as a standard test model in bioassays due to its high sensitivity to changes in water quality, short life cycle and ease of cultivation.Studies focus not only on fertility and mortality rates, but also on modifications of motor activity, which is an extremely sensitive indicator of stress. Analysis methods include video monitoring and quantitative assessment of swimming parameters (speed, distance traveled, immobility/activity time, frequency of direction changes, spatial distribution, response to light/darkness).Analysis of scientific publications confirms the considerable interest in the behavior of Daphnia as an early warning alarm system. Changes in swimming speed, movement pattern (chaotic, sinking movements) or vertical migration occur long before lethal effects. Studies show that different pollutants(heavy metals, dyes, microplastics, herbicides) cause specific “behavioral profiles”, which allows toidentify the mechanisms of action of toxicants on the nervous or endocrine systems.The high correlation between swimming behavior and pollutant concentration was found, emphasizing the practical significance of these studies for biomonitoring and ecotoxicological assessment of water resources. Daphnia are used in early biological warning monitoring systems for rapid testing of drinking water quality. Changes in their behavior can have cascading effects on the entire freshwater ecosystem, affecting food webs and the functioning of the reservoir. This lays the foundation for the development of a comprehensive technology for rapid detection of aquatic toxicity.
References
Безсонний В.Л. Використання ентропійного підходу в системах моніторингу водних ресурсів. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Геологія. Географія. Екологія». 2023. Вип. (58). Р. 302–320. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-58-23.
Коніщук В.В., Шумигай І.В., Мартиненко В.В. Екологічний та гідрохімічний аналіз річок природного заповідника «Древлянський» (Україна). Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Геологія. Географія. Екологія». 2023. Вип. 58. С. 336–349. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2023-58-25.
Котик С.Р. Зміни поведінкових реакцій Daphnia spp. при забрудненні води катіонами Купруму (ІІ) та Феруму (ІІ) : кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю «Біологія». Запоріжжя : Запорізький національний університет, 2021. 60 с.
Крайнюкова A.M., Крайнюков O.M., Кривицька I.A. Вивчення залежності токсичного ефекту від часу контакту токсикантів з культурою водорості. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Екологія». 2019. Вип. 21. С. 72–80. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2019-21-06.
Крайнюкова А.М., Крайнюков О.М., Кривицька І.А. Використання методик біотестування для оцінювання екологічного стану поверхневих вод. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Екологія». 2021. Вип. 24. С. 103–116. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2021-24-09.
Крайнюкова А.М., Крайнюков О.М., Кривицька І.А. Використання фотосинтетичної активності водоростей задля оцінки токсичності з метою створення портативного пристрою. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Екологія». 2020. Вип. 22. С. 82–92. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2020-22-08.
Крайнюков О.М., Кривицька І.А., Найдьонова О.Є. Алгоритм оцінюванню базового набору таксонів задля визначення їх ефективності. Український журнал природничих наук. 2024. Вип. 8. С. 252–269. https://doi.org/10.32782/naturaljournal.8.2024.26.
Крайнюков О.М., Кривицька І.А., Крайнюкова А.М., Lineman M. Проблема оцінювання економічних наслідків хімічного забруднення поверхневих вод. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Екологія». 2022. Вип. 26. Р. 89–101. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2022-26-08.
Мельнійчук М.М., Горбач В.В., Горбач Л.М. Особливості використання водних ресурсів Волинської області та їх екологічний стан у сучасних умовах. Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія «Геологія. Географія. Екологія». 2021. Вип. (54). Р. 306–315. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2021-54-23.
Шелюк Ю.С., Махнєвич Д.С., Солонько О.С. Фітопланктон малої річки як показник якості вод в умовах змін клімату та воєнних дій на території України. Український журнал природничих наук. 2024. № 10. 286 с. https://doi.org/10.32782/naturaljournal.10.2024.2.
Аbe F.R., Machado A.L., Soares A.M.V.M., de Oliveira D.P., Pestana J.L.T. Life history and behavior effects of synthetic and natural dyes on Daphnia magna. Chemosphere. 2019. Vol. 236. P. 124390. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.124390.
Anggayasti W.L., Sudaryanti S., Pertiwi M., Nurjannah R.S.F., Sheviyandini T.Y., Suryatama J., Rubiyatadji R., Koentjoro M.P., Kurniawan A. Identifying the distribution and source of riverine plastic waste contamination: case study of Brantas River in Malang city. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2024. Vol. 5 (10 (131)). Р. 37–44. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313830.
Artells E., Issartel J., Auffan M., Borschneck D., Thill A. et al. Exposure to Cerium Dioxide Nanoparticles Differently Affect Swimming Performance and Survival in Two Daphnid Species. PLoS ONE. 2013. № 8 (8). P. e71260. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0071260
Di Nica V., Rizzi C., Finizio A., Ferraro L., Villa S. Behavioural responses of juvenile Daphnia magna to two organophosphorus insecticides. Journal Of Limnology. 2022. Vol. 81. https://doi.org/10.4081/jlimnol.2021.2015.
Kovalchuk I.P., Martyniuk V.O., Šeirienė V. The basin-landscape approach to the protection and condition optimization of the lakes of the national parks. Visnyk of V N. Karazin Kharkiv National University. Series “Geology. Geography. Ecology”. 2021. Vol. 53. Р. 239–254. https://doi.org/10.26565/2410-7360-2020-53-18
Litynska M., Dontsova T., Yanushevska O., Tarabaka V. Development of iron-containing sorption materials for water purification from arsenic compounds. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 2 (10 (110)). Р. 35–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.230216.
Loboda N., Daus M. Development of a method of assessment of ecological risk of surface water pollution by nitrogen compounds. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 5 (10 (113)). Р. 15–25. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.243058.
Magester S., Barcelona A., Colomer J., Serra T. Vertical distribution of microplastics in water bodies causes sublethal effects and changes in Daphnia magna swimming behavior. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2021. Vol. 228. P. 113001. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.113001.
Qin F., Zhao N., Yin G., Luo Y., Gan T. Toxicity Response and Swimming Speed Regularity in Daphnia magna After Short-Term Exposure to Diuron. Toxics. 2025. Vol. 13. № 5. Р. 395. https://doi.org/10.3390/toxics13050395.
Roex W.M. et al. Reproductive Impairment in the Zebrafish, Danio rerio, upon Chronic Exposure to 1, 2, 3-Trichlorobenzene. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2001. Vol. 48. Issue 2. Р. 196–201. https://doi.org/10.1006/eesa.2000.2029.
Saalmann V.F., Germing K., Ringbeck B., Kosak L.A., Eilebrecht E. Behavioral endpoints and generational effects in Daphnia magna upon short- and long-term exposure and their use as additional endpoint in ecotoxicological risk assessment. Ecotoxicology and Environmental Safety : science direct Journals & Books. 2025. Vol. 301. P. 118432. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2025.118432.
Sandbacka M. et al. The acute toxicity of surfactants on fish cells, Daphnia magna and fish – A comparative study. Toxicology in Vitro. 2000. Vol. 14. Issue 1. P. 61–68. https://doi.org/10.1016/S0887-2333(99)00083-1.
Shykhaleyeva G.M., Kiryushkina G.M. Accumulation of heavy metals (Cu, Cr, Pb, Cd) in aquatic invertebrates from the hyperhaline Kuyalnyk estuary (Ukraine, North-Western Black Sea region). Visnyk of V.N. Karazin Kharkiv National University. Series “Еcоlogy”. 2025. Vol. 32. Р. 124–133. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2025-32-09.
