За 7-10 дней цветения одна береза продуцирует примерно 1,5 кг пыльцы, или несколько центнеров на гектар березового леса. Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) установили, что на пике цветения березы и сосны доля пыльцы в массовой концентрации атмосферного аэрозоля в Новосибирской области может достигать 50 %, а в отдельных пробах – до 80 %. В Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) они определили элементный состав пыльцы 13 видов деревьев, распространенных в Западной Сибири. Результаты представлены в журнале Интерэкспо Гео-Сибирь.

1 Пыльца двукисточник тростинкового

Пыльца двукисточника тростникового (фото предоставлено В.Головко)

Атмосферный аэрозоль – это твердые и жидкие частички в атмосфере, размеры которых лежат в пределах от нанометров до сотен микрометров. В основном это пыль, морская соль, дымы лесных пожаров, вулканических извержений, продукты техногенной деятельности человека, а также споры и пыльца растений. Концентрация атмосферного аэрозоля – это очень изменчивая характеристика. В одной и той же точке она может различаться в 1000 раз в зависимости от времени года, наличия снежного покрова и пылевых бурь.

Пыльца содержит белки, на которые человек реагирует выработкой иммуноглобулина Е, что может привести к аллергической реакции. Такие белки характерны для пыльцы березы, сосны, злаков и сорных трав (полынь, марь белая, марь красная, лебеда, крапива, конопля и другие), которые начинают цвести в конце июня и захватывают начало сентября. Пыльца содержит ряд химических элементов, которые накапливаются в растении неравномерно. Выброс пыльцы, как правило, совпадает со временем наибольшей турбулентности атмосферы.

2 Гидратированная пыльца пихты

Гидратированная пыльца пихты (фото предоставлено В.Головко) 

Для того чтобы определить долю пыльцы в атмосферном аэрозоле, специалисты ИХКГ СО РАН отбирали его пробы споровой ловушкой и определяли в них счетную и массовую концентрации пыльцы в единице объема. Одновременно через специальный фильтр пропускался определенный объем воздуха, содержащий атмосферный аэрозоль. После этого общая масса осадка на фильтре сопоставлялась с усредненным значением массовой концентрации пыльцы в атмосфере.

Для каких регионов характерна картина. «Мы собирали образцы пыльцы в новосибирском Академгородке и его окрестностях, – рассказывает кандидат биологических наук, ведущий инженер ИХКГ СО РАН Владимир Головко, – При этом, мы выбрали место, где отсутствуют крупные промышленные выбросы, оживленное дорожное движение, чтобы можно было оценить фоновый аэрозоль. Пункт наблюдения находился в Приобском боровом округе, в зоне с преобладанием лесостепной растительности. Полученные результаты можно проецировать не только на Новосибирск, но и частично на весь Западно-Сибирский регион и отчасти на лесостепную и бореальную зону в целом». Ученый подчеркнул, что на фоновый атмосферный аэрозоль на конкретной местности будут накладываться локальные источники выбросов аэрозоля, например, исходящие от почвенных эрозий при строительных работах.

Таблетки из пыльцы. В период цветения ученые собрали пыльцу 13 видов деревьев: березы бородавчатой, сосны обыкновенной, ели сибирской, лиственницы сибирской, клена ясенелистного, осины, дуба черешчатого, ивы пятитычинковой, липы сердцелистной, ольхи черной, облепихи крушиновой, ореха манчжурского. Из пыльцы с помощью специального пресса с давлением несколько десятков атмосфер были сформированы таблетки весом 30 миллиграмм.

Исследование таблеток проводилось на экспериментальной станции «Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ» накопителя ВЭПП-3 Центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» ИЯФ СО РАН. «Элементный анализ основан на том, – объясняет кандидат физико-математических наук, ученый секретарь ИЯФ СО РАН Яков Валерьевич Ракшун, – что при возбуждении атомов вещества синхротронным излучением возникает характеристическое (флуоресцентное) рентгеновское излучение. Каждому элементу таблицы Менделеева соответствует свой набор линий излучения, поэтому по спектру флуоресценции можно установить состав вещества».

Зачем определять состав пыльцы. По количеству того или иного элемента в пыльце можно судить о многих параметрах экосистемы, в которой существует растение. Например, пыльца является кормом для насекомых, и элементный состав позволяет оценить возможное накопление химических элементов в пищевой цепи. По наличию в пыльце элементов можно судить о химическом составе почвы в том регионе, где она была собрана, а также о состоянии экологии данной местности.

3 Станция Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ

Станция «Локальный и сканирующий рентгенофлуоресцентный элементный анализ» накопителя ВЭПП-3 Центра коллективного пользования «Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения» ИЯФ СО РАН (автор фото Светлана Ерыгина)

Кроме того, элементы, содержащиеся в ней, биологически активны, и очень востребованы самими растениями. Известно, что в отдельных олиготрофных биоценозах, например, озерах, бедных минеральными веществами, поступление серы с пыльцой сосны является жизненно важным фактором. При отсутствии других источников минерального питания пыльца играет заметную роль в удобрении. По ее элементному составу можно также делать выводы и о состоянии самого растения, так как оно накапливает ряд химических элементов избирательно. Атомы этих элементов, как правило, входят в состав коферментов (молекул небелковой природы), которые растение старается накопить в своих тканях.

Какие микроэлементы входят в состав пыльцы. Ученые определили содержание 21 химического элемента в пыльце. Оказалось, что больше всего в ней калия, кальция и железа. Причем, пихта, ель сибирская и осина больше всего накапливают калий; липа сердцелистная, ива пятитычинковая и клен ясенелистный – кальций; клен, липа и дуб черешчатый – железо. Этими же элементами богаче всего оказалась почва. Меньше всего в пыльце обнаружили селена и мышьяка, в то время как почва наиболее бедна на селен и молибден.

Исследователи обращают внимание, что пыльца в период массового цветения может существенно изменить содержание ряда химических элементов в атмосферном аэрозоле, и, возможно, создать ложное впечатление о наличии внешнего источника этих элементов.