Биоразработки в борьбе с химическими загрязнениями

Этим странным, на первый взгляд термином «фиторемедиация» принято обозначать метод извлечения из почвы различных веществ с помощью растений-гипераккумуляторов. Чаще всего фиторемедиацию можно встретить в вокабуляре экологов, изучающих процесс удаления из почвы или воды тяжелых металлов и изотопов.

В более широком смысле фиторемедиация является частью так называемой биоремедиации, которая подразумевает очищение вод и земли методом адсорбции или поглощения вредных веществ различными бактериями или растениями.

Но самым перспективным направлением борьбы с химическими загрязнениями является «детоксикационный союз» между микроорганизмами и растениями, когда удачно подобранная симбиотическая связь позволяет добиться высочайшей степени очистки почвы от опасных химических соединений типа кадмия, мышьяка и ртути.

С точки зрения химии живые организмы располагают тремя главными инструментами для связывания искомых веществ: молекулы ионов металлов осаждаются на внешней оболочке клетки, затем могут абсорбироваться сквозь мембрану, а также накапливаться на особых протеинах цитоплазмы. Остается лишь собрать полученный биологический материал и правильно его утилизировать, например, перевести в менее активную химическую форму.

Примерно так когда-то действовали болгарские исследователи, которые экспериментировали с растениями, способными быстро и в больших количествах концентрировать в себе тяжёлые металлы. Они высаживали в почву, загрязненную отходами Пловдивского металлургического комбината, коноплю, томаты и птичий горец, и буквально через неделю концентрация тяжелых металлов в растениях многократно повышалась.

Но даже если растение имеет генетическую склонность к поглощению определенных ионов, для практического использования этого недостаточно. Чтобы стимулировать «биологический насос» к сверхвысокой фиторемедиации, его подкармливают особыми добавками-эффекторами, которые ускоряют перемещение вредных металлов из корневой системы в листья.

В основном применяют так называемые хелатообразующие агенты с очень длинными химическими обозначениями. Типичная задача такого агента - помочь растению создать водорастворимые внутрикомплексные соединения с металлами, чтобы быстро вывести вредное вещество в биомассу.

Замечу, что природные гипераккумуляторы в виде растений или бактерий - это вовсе не очередная медийная пустышка, которую любят годами обсасывать авторы «научпопа» и околонаучных журналов. Различные методы биоэкстракции все чаще привлекают внимание экологов в связи с их мощным экономическим потенциалом.

Ведь главная проблема, почему многие страны десятилетиями не могут избавить свои земли от последствий индустриальной эпохи, заключается в дороговизне традиционных химических видов очистки почвы и воды.

Чтобы далеко не ходить, возьмем для примера вечную головную боль казахстанских экологов - бассейны рек Сырдарья, Иртыш, Жайык, Или, Сарысу, Нура, Шу, Асса, Талас. Прибрежная зона этих водных артерий постоянно страдает от неумеренного использования минеральных удобрений, нарушений норм при производстве стройматериалов. Дело порой доходит до сброса в реку отходов коммунальных и фермерских хозяйств.

В каждом районе преобладает свой особенный «букет» постиндустриальных недугов. Река Иртыш подвергается воздействию вредных веществ из хранилищ отходов промышленных предприятий Восточно-Казахстанской̆ области. В анализах земли из прибрежной зоны преобладают ионы меди, цинка и марганца, причем в опасных для человеческого здоровья концентрациях.

Биологическая опасность ионов металлов связана с их способностью вызывать необратимые изменения в протоплазме живой клетки. Именно так действуют медьсодержащие пестициды, которые исправно выполняют свое основное предназначение - защиту растений от вредителей. Но накапливаясь в почве, сульфат меди проникает в грунтовые воды, а затем и в нашу пищу.

Не первый год экологи трубят о проблеме ртутного загрязнения в Павлодарской и Карагандинской областях. В часе ходьбы от Павлодарского химического завода расположено озеро Балкылдак, в котором содержится около 900 тонн ртути. На дне реки Нура скопилась ртуть, сброшенная с темиртауского предприятия. Возможно, эти ртутные «резервуары» постепенно кочуют в трансграничные реки Иртыш и Ишим, и далее уносятся в Северный ледовитый океан, создавая экологическую проблему международного уровня!

А теперь представьте себе масштабы традиционного химического комплекса, в задачи которого входит экстракция из воды и почвы тысячи тонн ртути! Стоимость такого экологического проекта может составить миллиарды долларов, а сам процесс нейтрализации ртути затянется на годы. И все это без каких-либо гарантий полной очистки озера и прилегающих территорий...

Между тем на наших полях произрастает мелкий невзрачный цветок арабидопсис, он же резуховидка, который способен в больших количествах накапливать в своих побегах ртуть. В каком-то смысле арабидопсис служит для биологов аналогом мухи-дрозофилы, так как на нем удобно ставить различные эксперименты.

Два года назад в журнале Nature были опубликованы результаты вживления в геном этого цветка бактериального трансгена, ускоряющего всасывание ртути корневой системой. Ученые пришли к выводу, что генномодифицированная резуховидка может стать перспективным инструментом по фиторемедиации ртути.

Только представьте, как с помощью этого скромного цветка, усиленного генами бактерии, наши потомки будут очищать землю от последствий неграмотной эксплуатации заводов и незаконного сброса отходов строительных комбинатов. Согласитесь, это гораздо экономичней, чем выкапывать тысячи гектаров почвы и ила в надежде очистить землю химическими реагентами.