ИСТИНА

В настоящее время актуален вопрос определения присутствия в водной среде различных токсикантов, таких как ионы тяжелых металлов, поскольку их присутствие вызывает нарушение фотосинтетических процессов и повреждение клеток водорослей, что в конечном итоге может приводить к массовой гибели фотосинтетических организмов и нарушению баланса водных экосистем. Один из методов, позволяющих определить присутствие тяжелых металлов в среде, связан с измерением кривых индукции флуоресценции хлорофилла a, характеризующих состояние фотосинтетического аппарата клеток тестовых фотосинтетических организмов и изменяющих свою форму при воздействии различных факторов стресса. Из индукционных кривых могут быть рассчитаны параметры JIP-теста, характеризующие состояние отдельных элементов фотосинтетического аппарата. При обработке больших массивов таких данных целесообразно применять методы машинного обучения, в частности – алгоритм классификации «случайный лес». В данной работе в качестве тестового организма использовалась зеленая водоросль Chlorella vulgaris. Клетки водорослей инкубировались в течение 60 часов, раз в час измерялась кривая индукции флуоресценции. Токсиканты (CdSO4 или K2Cr2O7 в концентрации 20 или 50 мкМ) добавлялись на 17 часу инкубации. Далее, для данных, полученных в интервале от 17 до 60 часов культивирования, были построены классификаторы по алгоритму случайного леса, где в качестве признаков для классификации использовались параметры JIP-теста. Классификатор для определения наличия или отсутствия токсиканта имеет точность 92% при определении контрольных данных и 94% при определении данных для проб с токсикантом. Классификатор для определения вида токсиканта (кадмий или хром) определяет контрольные данные также с точностью 92%; точность определения проб с кадмием составляет 73%, а проб с хромом – 89%. Показано также, что на точность классификации влияет интенсивность измерительного света: при снижении интенсивности возбуждающего света для измерения индукционных кривых снижается интенсивность флуоресценции, что ведет к снижению точности классификации, поскольку различия между данными для контрольных проб и проб с токсикантами становятся менее выраженными (значения точности приведены для наибольшей интенсивности измерительного света). Наиболее значимым для классификации из параметров JIP-теста является параметр Fv/Fm – квантовый выход первичной фотохимии, характеризующий эффективность работы фотосистемы II. Таким образом, существуют перспективы применения данного метода для оценки состояния водной среды в естественных местообитаниях.