Архив

Актуальные выпуски:

Обзор краткого содержания статей

Выбор параметров просмотра

2023 г., № 2
Раздел: Экотоксикология
УДК: 51-76:574.64

Выявление токсического воздействия тяжёлых металлов на фитопланктон с помощью анализа индукционных кривых флуоресценции хлорофилла методами машинного обучения

Т.Ю. Плюснина, Р.Н. Червицов, С.С. Хрущев, Д.Г. Киселева, Т.В. Дрозденко, Е.И. Тихомирова, Г.Ю. Ризниченко, Т.К. Антал

Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Биологический ф-т, каф. биофизики

Создание сети автономных станций биоиндикации состояния водных объектов требует разработки методов анализа больших массивов данных. В данной работе показано, каким образом сочетание методов машинного обучения с традиционными статистическими методами может быть использовано для выявления неявных закономерностей в массиве данных по действию тяжёлых металлов на природный фитопланктон. Массив экспериментальных данных представляет собой 465 кривых индукции флуоресценции, измеренных на образцах фитопланктона из 9 водоёмов Псковской области, и отражающих динамику переноса электрона в фотосинтетическом аппарате клеток водорослей. Каждая кривая характеризуется 14 параметрами JIP-теста, часть из которых непосредственно описывают форму кривой, другая часть параметров связывает форму кривой с энергетическими потоками, возникающими в фотосинтетическом аппарате в ответ на получение клеткой кванта света. На базе массива параметров JIP-теста методами кластерного анализа был проведён анализ различий в фотосинтетической активности проб фитопланктона из 9 водоёмов Псковской области в контроле и при долгосрочном воздействии солей кадмия и хрома. В контрольных пробах были выявлены две группы, различающиеся фотосинтетической активностью фитопланктона. Предполагается, что более низкая фотосинтетическая активность проб фитопланктона связана с антропогенной нагрузкой на водоёмы, из которых были взяты соответствующие образцы. Показано, что в пробах с изначально низкой активностью фотосинтетического аппарата токсическое действие тяжёлых металлов проявляется на более поздних сроках инкубации по сравнению с более активными пробами. Предложенный подход может быть легко масштабирован для анализа больших массивов экспериментальных данных, что делает его перспективным инструментом для раннего обнаружения токсического загрязнения природных вод.

Ключевые слова: тяжёлые металлы, водные экосистемы, фитопланктон, экологический мониторинг, флуоресценция хлорофилла, фотосинтез, машинное обучение, кластерный анализ

DOI: 10.25750/1995-4301-2023-2-126-134

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. Creative Commons License