Российские ученые разработали биоиндикационный способ выявления длин волн UV-B, основанный на сверхчувствительности к нему роста растений.

Группа исследователей под руководством сотрудника Карельского научного центра РАН Виктора Миронова изучила ростовую реакцию мха Sphagnum riparium на разные длины волн UV-B, регистрируемые спутником SORCE в открытом космосе. Было обнаружено, что излучение с длинами волн короче 286 нм не влияет на ростовые процессы, а излучение с длинами волн, начиная с 286 нм, оказывает значимый замедляющий эффект на рост побегов мха. В прошлом веке излучение на самой короткой длине волны 286 нм регистрировалось в исключительных случаях, однако результаты исследования показывают, что сейчас растения подвержены его регулярному воздействию. 

По мнению ученых, этот достаточно тревожный факт может быть прямым результатом сокращения озонового слоя Земли. Исследование опубликовано в журнале Ecological Indicators, также ученые получили патент на изобретение. 

Растения являются природными детекторами ультрафиолета В, проходящего сквозь озоновый слой. Солнечный ультрафиолет В (UV-B) на длинах волн менее 300 нм поступает на Землю в ничтожных количествах и практически не поддается учету физическими методами. При этом для живых организмов это излучение обладает сильным мутагенным и канцерогенным действием. Даже небольшое сокращение озонового слоя увеличивает его поступление на Землю на десятки или даже сотни процентов. 

Солнечный Ультрафиолет В (UV-B, 280-315 нм) обладает сильным мутагенным и канцерогенным действием на живые организмы, вызывая повреждения нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), клеточных органоидов и мембран. Озоновый слой Земли способен «связывать» более 90% UV-B, при этом наиболее эффективно абсорбируется излучение на длинах волн менее 300 нм. Но даже небольшие количества этого излучения оказывают непропорционально сильный биологический эффект — именно поэтому они представляют потенциальную опасность для биосферы. Проблема состоит в том, что это излучение плохо регистрируется физическими методами. Сложно осуществить его оценку: насколько короткие длины волн достигают земной поверхности. Ученые разработали биоиндикационный способ регистрации этого излучения, основанный на сверхчувствительности к нему растений. 

Известно, что при усилении UV-B растения замедляют, а при ослаблении — ускоряют свой рост. Это реакция связана с работой особого фоторецептора UVR8, который встречается только у растений. Также известно, что неотъемлемой составляющей фонового UV-B являются колебания, создаваемые солнечной активностью: при ее усилении уровень UV-B слегка увеличивается, а при ослаблении — слегка уменьшается. Из этих двух фактов следует, что подобные колебания излучения на каждой длине волны, если она проходит сквозь озоновый слой, должны оставлять «отпечатки пальцев» в виде замедления роста растений. Задачей ученых было найти такие «отпечатки пальцев» в природных условиях, но для этого нужны были растения с высокой чувствительностью к UV-B и большой объем данных по их росту.

Выбор ученых пал на сфагновые мхи, которые являются ключевыми доминантами болотных экосистем. Под действием фонового UV-B их рост замедляется на 9-18%, а при сокращении озонового слоя на 15% этот эффект дополнительно усиливается на 20-31%. В качестве модельного объекта был выбран быстрорастущий мох Sphagnum riparium. Ученые собирали данные по его росту в течение 4 лет, используя для этого специальный запатентованный метод. Для анализа брались данные за тот период, когда мох подвергался действию полного спектра UV-B, достигающего земной поверхности. Всего ученые выполнили промеры около 100 тысяч побегов и получили около 4 тысяч оценок скорости роста. Полученные данные были сопоставлены с колебаниями ультрафиолетового излучения, регистрируемыми спутником SORCE в открытом космосе.

Ученые выявили, что излучение в диапазоне 200-285 нм не оказывало никакого влияния на рост S. riparium. Однако излучение в диапазоне 286-310 нм вызывало значимое замедление роста побегов, следовательно, оно проходило сквозь озоновый слой. Полученные результаты точно совпали с данными спектрографических наблюдений первой половины XX века, согласно которым длина волны 286 нм является самой короткой длиной волны солнечного излучения, регистрируемой на земной поверхности. Однако если в прошлом веке излучение с длиной волны 286 нм регистрировалась в исключительных случаях, то данные настоящего исследования показывают, что теперь растения подвержены ее регулярному воздействию. По мнению ученых, этот достаточно тревожный факт может быть прямым результатом сокращения озонового слоя Земли.

Исследование ученых служит прямым доказательством, что излучение в UV-B диапазоне выступает как минимум одним из посредников влияния солнечной активности на рост растений. А значит, оно может объяснять хорошо известный феномен влияния 11-летнего солнечного цикла на рост растений, который подробно изучен на примере радиального прироста стволов древесных растений. Исследование также имеет важное практическое применение, поскольку оно показало способность растений улавливать UV-B даже на тех длинах волн, которые плохо регистрируются физическими приборами. И хотя пока эта способность описана только в росте сфагновых мхов, универсальный механизм восприятия UV-B у представителей растительного царства открывает широкие возможности использования растений для более детального исследования озонового слоя Земли.

Дата публикации: 26.06.2020 14:23
Дата последнего изменения: 26.06.2020 14:23