Учёные из Череповецкого государственного университета подтвердили, что сжигание угля, нефти и других видов ископаемых топлив за последние 100 лет привело не только к росту концентрации углекислого газа в атмосфере, но и изменило химический состав организмов животных.
В ходе исследования проанализировали изотопный состав углерода в образцах шерсти диких млекопитающих – волков, лосей, лисиц и зайцев – собранных на территории Вологодской области в первой половине ХХ века и хранящихся в коллекциях музеев региона, а также добытых охотниками уже в наше время.
Из уроков биологии в школе всем известно, что основная часть углерода, из которого состоят живые организмы, фиксируется из атмосферы зелёными растениями во время фотосинтеза. Так же известно, что в природе встречаются несколько изотопов углерода: С12, С13 и С14. Напомним, что изотопы – это разновидность атомов одного и того же химического элемента, обладающая одинаковым числом протонов в ядре (зарядом ядра), но отличающаяся по своей атомной массе из-за разного числа нейтронов. Ядро атома углерода всегда состоит из шести протонов, а вот нейтронов может быть шесть (атомная масса 12), семь (атомная масса 13) или, как у радиоактивного изотопа углерода, восемь (атомная масса 14). Доля атомов углерода с атомной массой 13 и 14 составляет всего 1% от общего количества элемента. В силу естественных причин во время фотосинтеза растения лучше фиксируют более лёгкий изотоп С12. Поэтому изотопный состав углерода в ископаемом топливе, которое является продуктом распада отмерших несколько сотен миллионов лет назад растений, содержит больше «лёгкого» изотопа углерода, по сравнению с атмосферным углекислым газом. Причём это отличие составляет тысячные доли процента (промилле) и уловить его можно только с помощью очень чувствительных приборов для химического анализа – изотопных масс-спектрометров.
Когда люди сжигают это топливо, в атмосферу поступает больше «лёгкого» углерода. Он разбавляет естественный углекислый газ. Если в атмосфере стало больше «лёгкого» углерода, то после фиксации в результате фотосинтеза он поступает в листья, стебли, плоды. Потом травоядные животные едят эти растения – и углерод в составе их тканей и органов тоже становится «легче». Хищники едят травоядных – и цепочка продолжается. Таким образом, шерсть диких млекопитающих может быть своего рода «природным архивом». Изучив химический состав шерсти, специалисты могут сказать об условиях окружающей среды в том месте, где живёт животное.
Анализ показал, что в шерсти млекопитающих, обитающих на территории Вологодчины в наши дни, значительно выросла доля «лёгкого» углерода – того самого, который образуется при сжигании ископаемого топлива.
«Мы не просто наблюдаем за изменением климата. Мы фиксируем реальную трансформацию живой материи. Углерод – основа всех биохимических реакций в организме. Если его изотопный состав меняется, меняются и физиологические процессы. Это уже доказано учёными в США и Европе. А теперь есть первые российские данные, подтверждающие: то, что мы выбрасываем в атмосферу, возвращается к нам через всю пищевую цепь – и меняет саму основу жизни», – отмечает Елена Иванова, руководитель Эколого-аналитической лаборатории Череповецкого государственного университета, кандидат биологических наук.
Исследования учёных ЧГУ – не просто «интересный факт»
Исследования помогают:
– Проводить научно-обоснованную «зелёную» политику
Если мы знаем, как быстро углерод проникает в разные экосистемы – мы можем точнее оценивать вклад каждого предприятия, фермы или города в изменение атмосферы. Это основа для разумных экологических норм и налогов.
– Продолжить исследование на людях и домашних животных
Следующий шаг – понять, как именно меняется организм при «облегчении» изотопного состава углерода. Это важно для медицины, сельского хозяйства и даже продовольственной безопасности.
Это первое в России исследование, когда удалось проследить, как менялся изотопный состав углерода в организме диких животных за последние сто лет. Работа выполнена в Эколого-аналитической лаборатории ЧГУ под руководством Елены Сергеевны Ивановой и была поддержана грантом Правительства Вологодской области. Результаты опубликованы в международном научном журнале «European Journal of Wildlife Research».
В проекте участвовали сотрудники кафедры биологии ЧГУ, аспиранты и студенты Студенческого научного общества, включая членов научного кружка «Экологическая токсикология».