За качеством воды следят невидимые контролеры

Америка

Известная идиома miner’s canary - «канарейка в шахте» происходит от одного из самых древних способов обнаружения в шахтах взрывоопасного рудничного газа. При первых же признаках его появления в воздухе птички обрывают свое пение и начинают беспокоиться, что служит для рудокопов предупреждением об опасности. Недаром британское горное законодательство на протяжении нескольких веков в обязательном порядке предписывало держать их в шахтах.

Казалось бы, чирикающие газоанализаторы давно следовало заменить на современные электронные приборы. Между тем их продолжали спускать в шахты почти до самого конца прошлого века. Мало того, живые организмы для аналогичных целей пытаются использовать и сегодня.

На этот раз это невидимые невооруженным глазом одноклеточные существа. Как и у канареек, их поведение зависит от состояния окружающей среды. Только среда эта водная, а беспокоящие микроорганизмы примеси – попавшие в воду тем или иным путем разнообразные токсины, пестициды, тяжелые металлы и другие опасные загрязнители.

В помещенной под  микроскоп капельке речной или прудовой воды видны миллионы мельчайших существ - так называемых протозоа. Несмотря на свои ничтожные размеры, они обладают практически всеми признаками животного мира, в том числе зависящими от условий жизни различными типами поведения.

Для передвижения в воде протозоа используют расположенные на поверхности их тела многочисленные тоненькие волоски-реснички. Действуют они ими так же, как спортсмены-гребцы веслами. Если вода чистая, они работают как байдарочники на какой-нибудь регате – все вместе и в едином ритме. Соответственно и одноклеточная «лодка» движется прямо и равномерно. Когда же в воде встречаются ядовитые примеси, эта согласованность нарушается. Протозоа сбиваются с курса и начинают выписывать в воде замысловатые крендели. При этом форма их траекторий каждый раз определяется составом попавших в воду загрязнителей. Вот эту зависимость и решили использовать ученые для определения чистоты и качества питьевой воды.
Идея «плавающего поведенческого спектрофотометра» (swimming behavioral spectrophotometer – SBS) пришла в голову научного сотрудника Океанографического института в штате Массачусетс Скотта Галлагера, который привлек к сотрудничеству Уэйда Макджиллиса из геофизической обсерватории Колумбийского университета. При этом для осуществления своего проекта ученые добились получения гранта от Министерства обороны.

Созданный ими прибор состоит из сосуда с водой, в который помещаются микроорганизмы. В воду подаются различные примеси, влияющие на «стиль» их плавания, а происходящие при этом изменения записываются видеокамерой с соответствующей оптикой. Полученные изображения тут же анализируются с помощью специальной компьютерной программы, оценивающей до полусотни различных особенностей поведения протозоа.

О качестве протестированной воды прибор сообщает с помощью цветных сигнальных лампочек. Зеленая загорается, когда вода безопасна, желтая требует повторных проверок, а красная запрещает использовать воду для питья.

SBS работает очень быстро, контролирует качество воды в режиме реального времени и способен обнаруживать широкий диапазон загрязнителей. В конечном счете его создатели рассчитывают миниатюризировать устройство и довести стоимость одного теста до 1-2 долларов, в отличие от 50-250 долларов за проверку с помощью существующих трудоемких методов.
Местная компания Petrel Biosensors, Inc. уже получила лицензию на новую технологию и рассчитывает через год выпустить на рынок коммерческий продукт.

«Сначала мы собираемся использовать его для анализа промышленных отходов и дождевых стоков, - говорит президент компании Роберт Куртис, – а потом займемся муниципальной питьевой водой и военными установками. Есть у нас и еще одна перспектива – экспрессное тестирование воды, используемой для гидравлического дробления скальных пород при поисках нефти и газа». Ну а изобретатель Скотт Галлагер обещает, что со временем его прибор будет контролировать качество питьевой воды во всем мире.