Российские ученые совместно с коллегами из Нидерландов и Италии показали, что сообщества микробов, обитающих на поверхности листьев, чувствительны к транспортному загрязнению. С приближением к автотрассам растет активность микроорганизмов, снижается их видовое разнообразие и увеличивается доля условно-патогенных форм. Эти изменения связаны с повышенной концентрацией загрязняющих веществ (в основном цинка) и особенностями микроклиматических условий у дорог: низкой влажностью, высокой температурой и уровнем ультрафиолетового излучения. Изучение микроорганизмов растений поможет оценить экологическое состояние природы в городе и их возможное влияние на здоровье человека. Статья опубликована в журнале Plants (Q1). Исследования частично поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Изменение характеристик филлосферы березы в зависимости от автотранспортного загрязнения. Источник: Ольга Гавричкова
Растения — важная часть городской среды. Они формируют микроклимат, поглощают парниковые газы, очищают воздух от пыли и помогают сохранить биоразнообразие. Чтобы растения хорошо выполняли эти функции, они должны быть здоровы. Значительную роль в этом выполняют микроорганизмы, обитающие на поверхности листьев, — филлосфера.
Согласно различным исследованиям, антропогенная нагрузка в условиях города может влиять на видовой состав микронаселения листьев, подавляя одни группы организмов и увеличивая долю других, более устойчивых. Однако понимания, какие микробы входят в филлосферу, недостаточно, чтобы объяснить, как эта система функционирует в неблагоприятных условиях. Информативным параметром считается активность микроорганизмов, которая характеризует их участие в метаболических процессах, способность к росту и размножению. В условиях стресса, например, большая часть почвенных микроорганизмов может быть «спящей».
До настоящего времени активность филлосферы была малоизучена, и исследователи из Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Пущино), Российского университета дружбы народов (Москва), Кольского научного центра РАН (Апатиты), Института биохимии и физиологии микроорганизмов имени Г.К. Скрябина РАН (Пущино), Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва), Вагенингенского университета (Нидерланды) и Научно-исследовательского института наземных экосистем (Италия) решили восполнить этот пробел. Они выяснили, как биологические характеристики филлосферы березы повислой (Betula pendula) меняются в зависимости от близости дерева к дороге с интенсивным движением в Москве. Этот вид растения характерен для городской среды региона, а благодаря строению листа и кроны способен накапливать большое количество вредной мелкодисперсной пыли.
Биологи отбирали березовые листья на разном удалении от дороги: 2, 10, 30 и 50 метров. Чтобы оценить видовое разнообразие и активность микроорганизмов, ученые делали смывы с листьев, а затем исследовали их. Активность филлосферы определяли, измеряя количество выделенного микроорганизмами СО2, а функциональное разнообразие оценивали по способности потреблять различные органические субстраты. Так, например, способность разлагать ароматические соединения говорит о том, что в филлосфере присутствуют организмы-деструкторы, которые могут участвовать в биоразложении нефтепродуктов. В смывах с листьев определяли видовое разнообразие микроорганизмов молекулярно-генетическими методами, а потенциально патогенные микроорганизмы выявляли на специальных питательных средах в чашках Петри.
Исследование показало, что по мере приближения к транспортному загрязнению функциональное и видовое разнообразие микроорганизмов на поверхности листьев березы снижается (на 30% и 12% соответственно), а их активность (впрочем, «холостая» из-за неблагоприятных условий и стресса) и количество патогенов, наоборот, растут (на 37% и 17% соответственно). Так, грибы особо опасной группы (например, Aspergillus flavus, A. fumigatus, A. ochraceus, Paecilomyces variotii) были выявлены только на расстоянии 2 и 10 метров от дороги. Это происходит потому, что здесь в почве и воздухе повышается концентрация потенциально токсичных элементов, температура выше, влажность ниже, а растения стоят по отдельности и больше подвержены воздействию ультрафиолета. Патогенные грибы, в свою очередь, приспособились к неблагоприятным условиям, например, содержащийся в них меланин защищает их как от избытка ультрафиолетового излучения, так и обезвреживает токсичные вещества, особенно цинк.
«Мы обнаружили, что у дороги увеличивается количество условно-патогенных микроорганизмов, обитающих на поверхности листьев деревьев. Поэтому важно своевременно удалять опавшую листву на таких территориях, чтобы снизить риск возникновения различных инфекций у горожан с ослабленным иммунитетом. К тому же необходимо соблюдать осторожность при уборке листьев или обрезке крон деревьев, использовать средства индивидуальной защиты кожи и органов дыхания», — комментирует Кристина Иващенко, научный сотрудник центра Smart Urban Nature Российского университета дружбы народов и Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН.
Чувствительность филлосферы к антропогенному загрязнению позволяет использовать ее в качестве биоиндикатора — инструмента оценки качества окружающей среды по состоянию биоты. Полученная информация поможет в принятии решений в сфере устойчивого развития городов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
