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.

Российские ученые под руководством сотрудника Карельского научного центра РАН Виктора Миронова разработали биоиндикационный способ выявления длин волн UV-B, основанный на сверхчувствительности к нему роста растений. Результаты исследования опубликованы в журнале Ecological Indicators, также ученые получили патент на изобретение. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований.

Sphagnum riparium

Sphagnum riparium

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. Особенно показательная такая реакция для мхов. 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.

Изменение роста Sphagnum riparium

Изменение роста Sphagnum riparium

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.

Площадка исследования

Площадка исследования

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.

Виктор Миронов, руководитель проекта

Виктор Миронов, руководитель проекта