Роль растений в очищении воздуха – новые данные
Новые исследования показали, что растительность играет неожиданно большую роль в очищении атмосферы.
При помощи наблюдений, изучения экспрессии генов, и наконец, компьютерного моделирования ученые из Национального центра атмосферных исследований США (NCAR) смогли показать, что лиственные растения поглощают из воздуха примерно на треть больше химических загрязняющих веществ, чем считалось ранее.
Новое исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Science Express, проводилось совместно с учеными из Университета Северного Колорадо и Университета Аризоны в г. Боулдер, штат Колорадо. Частичная поддержка оказывалась также Национальным научным фондом США (NSF), спонсором NCAR.
«Растения очищают воздух в значительно большей степени, чем мы предполагали», – говорит ученый из Национального центра атмосферных исследований США Томас Карл, один из участников исследования. – «Они активно потребляют определенные виды загрязнений воздуха».
Исследовательская группа сосредоточила усилия на изучении определенного класса химических веществ, известных как окисленные летучие органические вещества (ЛОВ, они же оVOC), выброс которых в атмосферу приводит к долгосрочным негативным последствиям для окружающей среды (и для здоровья населения в частности). «Наша команда добилась значительного прогресса в понимании сложных взаимодействий между растениями и атмосферой», – отмечает Энн-Мари Смолтнер из отдела атмосферных и геокосмических наук Национального научного фонда (NSF), финансировавшего исследование.
Разнообразные соединения в изобилии образуются в атмосфере из углеводородов и других химических веществ, источники которых могут быть как естественными (те же растения), так и антропогенными (транспортные средства, строительные материалы и другие продукты человеческой деятельности). Они участвуют в формировании химического состава атмосферы и оказывают влияние на климат. В конечном счете, некоторые окисленные ЛОВ трансформируются в крошечные воздушные частицы, известные как аэрозоли, способные оказывать существенное влияние как на климат (путем изменения характеристик облачности), так и на здоровье человека.
Измеряя уровни окисленных летучих органических веществ в ряде экосистем по всему миру, исследователи установили, что лиственные растения, по всей видимости, поглощают эти соединения необычайно быстро – в четыре раза быстрее, чем считалось ранее. Особо интенсивное поглощение было зафиксировано на территориях, покрытых густыми лесами. Наиболее очевидно это проявлялось вблизи вершин лесных пологов, на долю которых, по наблюдениям, приходится 97 процентов поглощенных окисленных ЛОВ.
Карл и его коллеги задались вопросом: как могут растения поглощать такое огромное количество химических веществ? Ученые перенесли свои исследования в лаборатории и занялись более подробным изучением феномена на примере тополей (этот вид растений давал исследователям значительное преимущество благодаря своему последовательному геному). Выяснилось, что в стрессовых условиях, в случае физического повреждения или при воздействии раздражителя вроде озонного загрязнения интенсивность поглощения окисленных ЛОВ «подопытными» деревьями резко возрастала. В то же время произошли изменения в уровне экспрессии определенных генов, указывающие на повышенную метаболическую активность тополей. Ученые пришли к выводу, что поглощение окисленных ЛОВ оказалось частью более интенсивного метаболического цикла. Растения могут вырабатывать химические вещества для защиты от раздражителей и отражения захватчиков, к примеру, насекомых, так же, как человеческий организм может увеличивать выработку лейкоцитов в ответ на попадание в него инфекции. Однако при вырабатывании этих химических веществ в достаточно большом количестве они могут стать токсичными для самого растения. И вот для того, чтобы их усвоить, растения начинают повышать уровень ферментов, ответственных за преобразование химических веществ в другие, менее токсичные. В то же время растения расходуют больше окисленных ЛОВ за счет усиленного усвоения их ферментами.
«Результаты наших исследований показывают, что растения могут фактически приспособить свой метаболизм для увеличения поглощения из атмосферы химических веществ в ответ на различные типы стресса», – пояснил Чандак Басу, исследователь из Университета Северного Колорадо. – «И этот сложный метаболический процесс у растений имеет побочный эффект в виде очищения нашей атмосферы».
Как только исследователи выяснили степень, в которой растения поглощают окисленные летучие органические вещества, эта информация была передана для обработки компьютерной программой, моделирующей поступление химических веществ в атмосферу по всему миру.
Результаты показали, что на глобальном уровне разница между фактическим уровнем поглощения растениями окисленных ЛОВ и уровнем, принимавшимся во внимание при изучении атмосферной химии до сих пор, составляет 36 процентов. Кроме того, благодаря непосредственному удалению этих веществ из атмосферы, гораздо меньшее их количество преобразовывается в аэрозоли.
«Это действительно меняет наше понимание некоторых фундаментальных процессов, происходящих в атмосфере», – добавил в заключение Томас Карл.
исследования, растения, экология