Młodzi ludzie w Los Angeles są zatruci ołowiem – alarmują naukowcy z Uniwersytetu Południowej Kalifornii. Ten toksyczny metal wykryli w zębach mlecznych dzieci mieszkających w pobliżu nieczynnego już zakładu recyklingu, w którym do 2015 r. przetwarzano rocznie do 11 mln akumulatorów. Skażenie środowiska metalami ciężkimi utrzymuje się przez wiele lat i to mimo że przestaliśmy używać np. benzyny zawierającej ołów. Niebezpieczne stężenie tego metalu – a także kadmu i cynku – wykryto niedawno na placach zabaw w województwie śląskim.
Specjaliści potrafią usunąć takie zanieczyszczenia technikami fizycznymi i chemicznymi. Jednak przetworzenie w ten sposób jednego metra sześciennego gleby może kosztować nawet 2 tys. zł. Jeśli wykorzystamy w tym celu rośliny lub bakterie, „sprzątanie” zwane bioremediacją potrwa dłużej, ale będzie też co najmniej dziesięciokrotnie tańsze.
ROŚLINNA PUŁAPKA NA METALE
Rośliny najlepiej sprawdzają się w przypadku skażenia właśnie ołowiem czy kadmem. Wiele z nich potrafi „wysysać” z gleby metale ciężkie i gromadzić je w łodygach i liściach albo w strefie wokół korzeni. Naukowcy znają już ok. 450 gatunków roślin, które są w tym wyjątkowo dobre – to tzw. hiperakumulatory. Stężenie metali ciężkich w ich tkankach jest nawet tysiąc razy większe niż u roślin rosnących na glebach bez skażeń. Dzięki temu toksyczne substancje nie przedostają się do wody i organizmów zwierząt, a rośliny po zebraniu można w bezpieczny sposób zutylizować.
Do hiperakumulatorów należą zarówno niepozorni krewni kapusty, tacy jak gorczyca czy rzodkiewnik, jak i drzewa. Wśród tych ostatnich prym wiodą topole i wierzby, które w naturalny sposób usuwają ze środowiska także np. pestycydy. Czy mogłyby to robić jeszcze skuteczniej? Naukowcy sądzą, że to możliwe, gdy rośliny zaszczepi się bakteriami
rozkładającymi szkodliwe substancje. – Od chwili, w której korzenie pobierają skażoną wodę, do momentu, gdy trafia ona do liści, upływa kilka godzin lub nawet dni. W tym czasie bakterie mogą zneutralizować toksyczne substancje. Tyle tylko, że te bakterie trzeba poddać modyfikacjom genetycznym – wyjaśnia swój pomysł prof. Daniel van der Lelie z uniwersytetu w Limburgu. Jego zespół wyizolował już ok. 150 gatunków bakterii zasiedlających tkanki topoli. Teraz uczeni sprawdzają, u których z nich można zmienić
DNA tak, aby mogły neutralizować toksyny.
Bakterie mogą też pomóc rozwiązać inny problem. Rośliny potrafią usuwać metale ciężkie z gleby tylko wtedy, gdy występują w formie rozpuszczalnej w wodzie. Co zrobić ze związkami nierozpuszczalnymi? Zajmą się nimi mikroorganizmy przekształcające toksyczne substancje w przyswajalne dla roślin formy. Np. jeśli do korzeni gorczycy białej zostanie dodany wyselekcjonowany szczep bakterii Enterobacter intermedium, roślina zaczyna intensywniej gromadzić cynk (o 34 proc.) i kadm (o 94 proc.). Równie pożyteczne są grzyby żyjące w symbiozie z korzeniami roślin (tzw. grzyby mikoryzowe), które zwiększają skuteczność bioremediacji nawet 20-krotnie.
LIŚCIE POCHŁANIAJĄ SMOG
Rośliny dobrze sprawdzają się również w roli mechanicznej szczotki „wyczesującej” z powietrza groźne dla zdrowia drobne pyły. Dr inż. Robert Popek z Samodzielnego Zakładu Przyrodniczych Podstaw Ogrodnictwa SGGW w Warszawie od kilku lat sprawdza, jak drzewa i krzewy filtrują takie zanieczyszczenia. Z jego badań wynika, że liście akumulują o wiele więcej pyłu niż jakakolwiek inna powierzchnia podobnej wielkości.
Dlaczego? Rośliny na swej powierzchni mają włoski, wystające żyłki, są też pokryte woskiem, do którego przyklejają się pyły. Według brytyjskich szacunków obsadzenie
drzewami jednej czwartej powierzchni miasta może ograniczyć zapylenie o co najmniej 10 proc. W Pekinie cała miejska zieleń zatrzymuje rocznie setki ton pyłów zawieszonych w powietrzu. – Robimy badania najwydajniejszych pod tym względem gatunków w naszych warunkach. Najlepsza okazała się brzoza brodawkowata, ponieważ jej liście są pokryte dużą ilością wosku. Wysoko w rankingu są klon polny i lipa drobnolistna, wśród krzewów – lilak Meyera i forsycja. Świetnie sprawdzają się też pnącza, takie jak bluszcz
zwyczajny, winobluszcz trójklapowy i pięciolistkowy. Nie potrzebują dużo miejsca dla korzeni, za to produkują wielką masę liści – wymienia dr Popek.
Niedawno odkryto, że rośliny w podobny sposób mogą oczyszczać zbiorniki słodkiej wody skażone ropą naftową. Konkretnie chodzi o jeden gatunek – wodną paproć zwaną
salwinią pływającą. Jej liście mają wyjątkową mikrostrukturę, ponieważ pokrywają je gęsto krótkie zagięte włoski. W naturalnych warunkach ułatwiają one roślinie unoszenie się na wodzie. Badacze z niemieckiego Instytutu Technologii Mikrostrukturalnych wykazali, że te same włoski w ciągu 30 sekund są w stanie wchłonąć plamę ropy unoszącą się na powierzchni jeziora czy rzeki. Szybko rosnąca salwinia, uważana do niedawna za wodny chwast, może więc okazać się bardzo przydatna.
POŻERACZE ROPY NAFTOWEJ
Jednak w walce z takimi skażeniami bezkonkurencyjne są mikroorganizmy. Ropa naftowa złożona jest z węglowodorów, które dla wielu stworzeń są toksyczne. Jednak istnieją bakterie i grzyby, które od tysiącleci miały do czynienia z takimi substancjami – np. przesączającymi się z naturalnych złóż do gleby czy wody morskiej – i nauczyły się je „zjadać”. Ten proces przebiega dość powoli, nierzadko nawet latami, ale jest skuteczny. Przykładów na to dostarczyły wielkie katastrofy ekologiczne: awaria tankowca Exxon
Valdez u wybrzeży Alaski w 1989 roku i eksplozja platformy wiertniczej Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej blisko 20 lat później. W pierwszym przypadku do morza dostało się ponad 40 mln litrów ropy, w drugim aż 780 mln litrów. Do walki ze skażeniem zaprzęgnięto więc bakterie. Te, które potrafią rozkładać ropę, są wszechobecne, choć nieliczne. Np. w glebie stanowią 0,1–2 proc. rodzimych gatunków. Aby zwiększyć ich ilość, służby działające na wybrzeżach Alaski dostarczały mikrobom pożywki – związków żelaza, azotanów i fosforanów. Natomiast w Zatoce Meksykańskiej rozsypywano środek chemiczny, który rozbijał plamy ropy na drobniejsze kropelki, ułatwiając bakteriom
działanie.
Dlaczego mikroorganizmy są takie skuteczne? Uczeni zwracają uwagę m.in. na geny, które zapewniają im oporność na toksyczne działanie węglowodorów (w podobny sposób
działa mechanizm oporności na antybiotyki). Te geny uaktywniają się, gdy w otoczeniu mikroba pojawią się skażenia. Bakterie zaczynają wówczas produkować enzymy, które rozkładają ropę. – Ponieważ mamy do czynienia z żywymi organizmami, albo ich enzymami, to procesy bioremediacji efektywniej przebiegają od wiosny do jesieni. Popularność
zyskuje metoda polegająca na wykorzystaniu samych enzymów, gdyż łatwiej z nich korzystać niż z całych mikroorganizmów – tłumaczy prof. Teresa Krzyśko-Łupicka z Instytutu Biotechnologii Uniwersytetu Opolskiego.
BOTANIKA ODZYSKIWANIE SUROWCÓW ZŁOTO Z GORCZYCY
Roślina, której zawdzięczamy istnienie musztardy, może też przydać się do odzyskiwania cennych metali
Kapusta sitowata, znana też jako gorczyca sarepska (Brassica juncea), należy do tzw. hiperakumulatorów – w jej liściach i łodygach gromadzi się złoto. Wystarczy wysiać ją np. na starych hałdach wokół nieczynnych kopalni złota, a następnie zebrać, wysuszyć i spalić. Z jednej tony suszonej gorczycy można uzyskać w ten sposób 10 g metalu. Co ważne, złoto w roślinnych tkankach występuje w postaci nanocząstek, które mogą być bardzo przydatne w przemyśle chemicznym. W podobny sposób gorczyca potrafi
„wydobywać” z ziemi srebro.
Biologiczną likwidacją zanieczyszczeń z powodzeniem zajmują się też podobne do bakterii archeony oraz jednokomórkowe grzyby. Ich główne miejsca pracy to oczyszczalnie ścieków. – Bakterie dynamicznie dostosowują się do zmian w swojej „pożywce”, np. gdy w okolicy ruszy jakiś nowy zakład przemysłowy. Każda oczyszczalnia ma własny zespół mikroorganizmów złożony z dziesiątków gatunków. Bakterie są szybkie i bardzo wydajne, radzą sobie z większością zanieczyszczeń w ciągu kilkunastu czy kilkudziesięciu godzin – wyjaśnia dr inż. Anna Gnida z Katedry Biotechnologii Środowiskowej na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki w Politechnice Śląskiej.
Trwają poszukiwania mikrobów, które będą potrafiły sprawnie oczyszczać ścieki z pozostałości hormonów i antybiotyków oraz takich, które szybko uporają się z plastikiem zaśmiecającym oceany. Istnieje nawet szansa na to, że w ten sposób będziemy mogli przynajmniej częściowo rozwiązać problem wyjątkowo groźnych odpadów promieniotwórczych.
ENTOMOLOGIA CZYSTOŚĆ W MIASTACH – MRÓWKI KONTRA ODPADKI
Te owady nie cieszą się sympatią mieszkańców miast, ale – jak się okazuje – niesłusznie
Badania przeprowadzone w Nowym Jorku przez uczonych z Uniwersytetu Stanowego Karoliny Północnej wykazały, że mrówki skutecznie sprzątają po nas resztki jedzenia. Takie odpadki zalegające na ulicach mogą się psuć i przyciągać niepożądane zwierzęta, np. szczury czy muchy. Uczeni rozsypywali kawałki chipsów, ciastek i hot-dogów w 24 miejscach przy ruchliwych ulicach i w 21 nowojorskich parkach. Okazało się, że mrówki usuwają takie śmieci bardzo szybko, przy czym te uliczne robiły to dwutrzykrotnie sprawniej niż osobniki zamieszkujące tereny zielone. Naukowcy szacują, że w skali całego miasta owady likwidują co roku tysiące kilogramów resztek jedzenia.
NIESTRASZNE IM PROMIENIOWANIE
Pojemniki z radioaktywną zawartością składowane w USA są nieszczelne, a ich zawartość wycieka do środowiska od prawie 70 lat. Uczeni próbowali uporać się z tym problemem, wykorzystując odporną na promieniowanie bakterię Deinococcus radiodurans. Jest ona jednak wrażliwa na zakwaszenie środowiska, częste w takich miejscach. Dlatego nadzieję budzi odkrycie szczepu drożdżyz gatunku Rhodotorula taiwanensis. Rośnie on nawet poddany działaniu silnego promieniowania gamma i przy wysokim zakwaszeniu, a na dodatek nie szkodzą mu metale takie jak rtęć czy chrom.
Udało się także znaleźć sposób na oczyszczania skażonych uranem wód w starych kopalniach. Mogą w tym pomóc bakterie z rodzaju Geobacter, które usuwają uran rozpuszczony w wodzie i zamieniają go w formę nierozpuszczalną, łatwiejszą do usunięcia. Kluczową rolę odgrywają w tym cieniutkie białkowe włókna mające zaledwie
4 nanometry średnicy (to 18 tys. razy mniej niż średnica ludzkiego włosa) wytwarzane przez mikroby, bo to na nich gromadzi się niebezpieczny metal. Naukowcy próbują zwiększyć liczbę tych włókien, modyfikując genom bakterii.
Warto pamiętać, że Geobacter odkryto już w 1987 r. w mule z rzeki Potomak. Być może w tak niepozornych miejscach uda się znaleźć jeszcze inne mikroby, które pomogą nam w uporaniu się z globalnym zaśmieceniem.