Российские учёные превратили лишайники в "станции" контроля загрязнения воздуха
В качестве модели рассматривались образцы лишайника вида ксантория настенная (Xanthoria parietina), собранные рядом с городами Дубна, Долгопрудный, Нижний Новгород и Москва. Проводилась оценка концентрации соединений железа, меди, марганца, а также радикалов естественных компонентов лишайников — фенолов и полифенолов, сообщается в пресс-релизе вуза.
"Мы доказали, что метод спектроскопии электронного парамагнитного резонанса применим для оценки состояния окружающей среды на территории городов, поскольку изменение концентрации радикалов в составе лишайников определяется качеством атмосферного воздуха. Важным преимуществом данного метода является его универсальность: оценку экологического состояния можно проводить на территориях, где отсутствуют станции контроля атмосферы, а их число даже в многомиллионных городах не превышает десяти", — рассказывает соавтор работы Светлана Журавлёва.
Ионы металлов и свободные радикалы органических молекул необходимы для протекания различных ферментативных реакций в нашем организме. Однако их избыток нарушает клеточный метаболизм и естественный баланс окислительно-восстановительных реакций. В результате повреждаются липиды клеточных мембран, нуклеиновые кислоты и белки. Накапливаясь в клетках человеческого тела, такие повреждения приводят к ряду серьёзных заболеваний.
Одним из основных источников избытка ионов металлов и радикалов в живых организмах является атмосферный воздух плотно населённых индустриальных городов. Учёные подсчитали, что 16% смертей во всём мире за 2015 год произошло из-за заболеваний, вызванных плохой экологией. Эта цифра в три раза больше, чем количество смертей от СПИДа, туберкулёза и малярии вместе взятых, а также в 15 раз больше, чем от войн и других форм насилия.
Исследуемые металлы — железо, медь и магний — называют "переходными", поскольку их ионы могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях, в ходе которых они с лёгкостью отдают и принимают электроны. Если в ходе окислительно-восстановительных реакций и обмена электронами ионы металлов будут иметь нечётное количество электронов (один остаётся без пары), ионы называют парамагнитными. Таким же свойством обладают радикалы — все остальные ионы, атомы или целые молекулы органических или неорганических веществ, которые также имеют неспаренный электрон.
Особенностью радикалов и переходных металлов является их повышенная способность вступать в реакции с окружающими их молекулами. Поэтому при избыточной концентрации таких реакционноспособных агентов в живых клетках повышается количество реакций, которые в норме не происходят. Таким образом нарушается гомеостаз клеток и организма в целом. Ранее было доказано, что увеличение количества радикалов и ионов парамагнитных металлов в организмах млекопитающих коррелирует с ухудшением состояния здоровья.
"Лишайники обладают особой способностью поглощать соединения металлов из загрязнённого атмосферного воздуха. Также они автономны и неприхотливы: произрастают на деревьях, камнях, металлических конструкциях, не нуждаются в почве и способны расти при минимальной освещённости, вследствие чего широко распространены на территории России. Таким образом, лишайники являются хорошим кандидатом в индикаторы экологического состояния местности и отражают риски для населения", — отмечает соавтор исследования профессор МФТИ Эдуард Трухан.
Для анализа состава и концентрации ионов металлов и органических радикалов в лишайнике было использовано два метода физико-химического анализа. Метод электронного парамагнитного резонанса позволяет определить общее количество ионов металлов и радикалов, а для уточнения концентрации исследователи использовали метод оптико-эмиссионной спектрометрии.
Полученные данные эксперты сравнивали со стандартным комплексным показателем оценки загрязнения окружающей среды — индексом загрязнения атмосферы. Измерения и последующие вычисления ИЗА проводятся Росгидрометом и Министерством экологии и природных ресурсов и находятся в открытом доступе.
Индекс загрязнения атмосферы рассчитывается как сумма среднегодовых концентраций загрязняющих веществ в единицах предельно допустимой концентрации с учётом класса их опасности. Низкий уровень загрязнения атмосферы наблюдается в городах Дубна и Долгопрудный, а высокий — в Москве и Нижнем Новгороде. Эти данные прямо соотносятся с обнаруженными концентрациями радикалов и парамагнитных металлов в образцах лишайника. Например, концентрация радикалов органических соединений в образцах из Москвы оказалась в 1,9 раза больше, чем в образцах из Дубны, а концентрация парамагнитных металлов в образцах лишайника из Москвы в 5,6 раза больше по сравнению с образцами из Дубны.
Результаты работы опубликованы в Journal of Applied Spectroscopy.