Новое применение растений XIX века для изучения загрязнения

Человеческая деятельность веками приводила к накоплению тяжелых металлов в окружающей среде. Загрязнение тяжелыми металлами прослеживается от костров в пещерах палеолита до промышленного развития XIX века и роста концентраций кадмия и свинца в XX веке.

Из-за влияния такого загрязнения на экологию и здоровье людей критически важны его измерение и ретроспективный анализ. Исследователи из Университета Брауна в статье в Applications in Plant Sciences продемонстрировали уникальный ресурс для этого — гербарные образцы травянистых растений.

Гербарии традиционно использовались для идентификации флоры, а в последнее время — для изучения инвазивных видов и изменений климата. Растения также давно служат индикаторами загрязнения тяжелыми металлами. Однако это одно из первых исследований, доказывающих эффективность использования именно гербарных образцов травянистых растений для отслеживания изменений концентраций тяжелых металлов во времени.

Используя образцы из гербария Университета Брауна, собранные с 1846 по 1916 год в районе Провиденса (Род-Айленд, США), команда под руководством доктора Тима Уитфилда извлекла и количественно определила концентрации меди (Cu), свинца (Pb) и цинка (Zn). Анализ показал, что концентрации цинка и меди оставались относительно стабильными с течением времени, а концентрации свинца значительно снизились по сравнению с образцами, собранными в тех же районах в 2015 году.

Инициатором исследования стала студентка София Рудин, работавшая ассистентом в гербарии. Она заметила, что многие старые образцы были собраны в бывших промышленных зонах Провиденса, что и натолкнуло на идею исследования.

Методологические вызовы:

• Разные виды растений по-разному накапливают тяжелые металлы. Для корректного сравнения исторические образцы нужно было сопоставить с современными образцами того же вида (в некоторых случаях — того же рода).
• Анализ концентраций ртути (Hg) оказался невозможным из-за исторической практики обработки гербарных образцов хлоридом ртути (HgCl₂) в качестве инсектицида, что "загрязняло" сенсоры.

Несмотря на это, авторы выявили общую тенденцию: снижение концентраций свинца в Провиденсе, частично благодаря регулированию Агентства по охране окружающей среды США (EPA) и целенаправленным мерам по восстановлению территорий.

Планы на будущее:

• Более детальный анализ загрязнения на одном из участков с изучением донных отложений, почв и растительного разнообразия.
• Анализ исторических образцов подорожника (Plantago) по всему Провиденсу для сопоставления наземных данных с измерениями из морских отложений залива Наррагансетт.

Значение гербариев:

Исследование преследовало две цели:

1. Продемонстрировать полезность гербарных образцов для измерения исторических уровней тяжелых металлов.
2. Подчеркнуть актуальность гербарных коллекций для широкого спектра экологических вопросов: биогеографии, этноботаники, инвазивных видов, болезней растений и влияния изменения климата на сроки цветения.

Доктор Уитфилд также отмечает особую ценность гербариев для образования: вовлечение студентов в сбор и изучение коллекций эффективно мотивирует их и повышает интерес к ботанике. Инвестиции в поддержание гербариев окупаются расширением образовательных возможностей и потенциала для новых ретроспективных исследований. Онлайн-порталы, объединяющие цифровые изображения и данные из разных коллекций, особенно важны для небольших гербариев, позволяя им расширять свои исследования.