Почвовед РУДН выяснил, тяжелые металлы снижают активность ферментов и замедляют процессы в почве
Почвенные ферменты — вещества, которые ускоряют химические реакции в почвах. Они регулируют клеточный метаболизм живущих в земле организмов, участвуют в процессах разложения органики, образуют гумус. Чем активнее почвенные ферменты, тем лучше качество и плодородие почвы. Такие тяжелые металлы, как свинец, цинк, кадмий, медь и мышьяк снижают способность ферментов ускорять химические реакции. Тем самым тяжелые металлы нарушают круговорот химических элементов.
Почвовед РУДН Яков Кузяков совместно с коллегами из Великобритании, Венесуэлы, Германии и Чили проанализировал 46 работ о влиянии тяжелых металлов на ферменты в почве. Авторы отобрали шесть ферментов и разделили их по группам в зависимости от того, на круговорот какого химического элемента они влияют. Так, например, фермент арилсульфатаза ускоряет взаимодействие содержащих серу кислот с водой и поэтому связана с биогеохимическим циклом серы. Остальные ферменты по тому же принципу задействованы в циклах углерода, азота или фосфора.
Почвоведы сравнили активность ферментов в здоровой и в загрязненной тяжелыми металлами почвы. Наиболее уязвимыми к загрязнению тяжелыми металлами оказались внутриклеточные (содержащиеся в клетках корней и микробов) ферменты, которые связаны с круговоротом углерода и серы. Это может быть связано, с тем, что внеклеточные ферменты закрепляются на глинистых материалах и органических веществах. За счет этого они оказываются более стабильны, чем внутриклеточные.
«Внеклеточные ферменты проявляют более высокую стойкость благодаря органоминеральному комплексу, который стабилизирует их в почвенной среде, чем не могут похвастаться внутриклеточные. Ферменты круговоротов азота и фосфора показали средний и низкий уровни снижения активности, так как они преимущественно внеклеточные», — рассказал доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.
Ферменты, ответственные за процессы газообмена, гликолиза и брожения, — арилсульфатаза и дегидродеганаза — оказались наиболее чувствительными — в загрязненных тяжелыми металлами почвах их активность снижается на 64% и 72% соответственно — то есть в 3-3,5 раза. Для снижения активности некоторых ферментов (бета-глюкозидазы, каталазы) оказалось достаточно даже низкой концентрации тяжелых металлов (до 200 мг на 1 кг). Фермент уреаза, который важен для круговорота азота, напротив, оказался чувствительным к концентрации металлов — снижение его активности варьируется от 10% при слабом загрязнении до 70% при экстремальном. Примечательно, что активность ферментов кислых фосфатаз при низких концентрациях кадмия и меди увеличивается.
«Исследование помогает лучше понять процессы, которые приводят к деградации почвенных систем под воздействием металлического загрязнения. Полученные результаты могут помочь в разработке новых методов восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв», — добавил Яков Кузяков из РУДН.
В исследовании приняли участие ученые из Университета Фронтера (Чили), Института Джеймса Хаттона (Великобритания), Венесуэльского института научных исследований, Гёттингенского университета (Германия) и Казанского федерального университета (Россия).
Результаты опубликованы в журнале Science of the Total Environment.
Кандидат биологических наук, доцент института экологии РУДН Всеволод Павшинцев разрабатывает инновационную методику, которая позволяет оценивать состояние пресных водоёмов с помощью рыбок данио-рерио и искусственного интеллекта. Проект, поддержанный грантом университета, призван перейти от простого химического анализа воды к пониманию того, как загрязнители воздействуют на живые организмы.
Доцент кафедры наноэлектроники и микросистемной техники РУДН Екатерина Гостева возглавляет междисциплинарный проект по разработке технологии наноструктурирования поверхности имплантатов. Её цель — сделать приживление имплантатов быстрым, надёжным и доступным для самых разных групп пациентов.
В институте экологии РУДН реализуется масштабный междисциплинарный проект в области экологической химии и материаловедения. Учёные работают над созданием высокоэффективных сорбентов на основе природных материалов для обезвреживания опасных загрязнителей окружающей среды.
Проект объединяет фундаментальные исследования на стыке химии, материаловедения и экологии и соответствует стратегическим целям развития науки и технологий Российской Федерации.