Из-за воздействия загрязнения тяжелыми металлами на окружающую среду и здоровье человека измерение имеет решающее значение — как при определении текущих уровней, так и при документировании исторических уровней. Однако может быть сложно собрать и проанализировать ретроспективные данные, используя такие методы, как химический анализ археологических памятников и сравнение исторических записей с осадочными кернами. В недавней статье, опубликованной в журнале Applications in Plant Sciences, исследователи из Университета Брауна продемонстрировали уникальный ресурс, который был у нас под ногами на протяжении десятилетий: прессованные травянистые растения, маркированные и хранящиеся в виде гербарных образцов.
Гербарии долгое время были ценным ресурсом — традиционно для помощи в идентификации местной флоры — но в последнее время для решения экологических вопросов, включая инвазивные виды и последствия изменения климата.
Точно так же растения десятилетиями использовались как индикаторы загрязнения тяжелыми металлами. Однако это одно из первых исследований, демонстрирующих эффективность использования гербарных образцов травянистых растений для отслеживания изменений концентраций тяжелых металлов с течением времени.
Используя образцы травянистых растений из гербария Университета Брауна, собранные с 1846 по 1916 год, доктор.
Тим Уитфельд, старший автор исследования, и его коллеги извлекли и количественно оценили концентрации тяжелых металлов, включая медь, свинец и цинк. Использованные образцы растений были собраны в разных районах Провиденса, Род-Айленд. Глядя как на время, так и на шумный промышленный город на рубеже 19-го века, авторы смогли показать, что концентрации цинка и меди оставались относительно постоянными во времени, и что концентрации свинца значительно снизились по историческим данным по сравнению с коллекциями из тех же источников. площадей в 2015 году.
Ведущий автор исследования София Рудин, студентка Университета Брауна, была основной мотивацией для исследования. "Работая ассистентом по гербарию, оцифровывая нашу коллекцию, она заметила, что многие образцы имеют конкретную информацию о местонахождении для различных участков вокруг Провиденса, которые, как она знала, были бывшими промышленными районами. Это побудило ее спросить, можно ли использовать эти образцы для исследования, которое мы в конечном итоге завершили », — вспоминает доктор.
Whitfeld.
Различные виды растений накапливают тяжелые металлы уникальным образом, что затрудняет отбор большого количества образцов растений для простого параллельного сравнения. Чтобы контролировать эту изменчивость, было важно сопоставить виды исторических образцов с видами, обнаруженными в том же районе сегодня. В некоторых случаях это было невозможно, и поэтому исследователи были ограничены выборкой в пределах одного и того же рода.
Дополнительные проблемы возникли из-за характера использования исторических коллекций.
Уитфельд поясняет: «София столкнулась с особыми проблемами при анализе концентраций ртути из-за исторического использования хлорида ртути в качестве инсектицида в гербарных сборах.
Было невозможно точно оценить концентрацию Hg [ртути] в растении, потому что обработка инсектицидом насыщала датчик. Это было досадно, потому что документирование изменений Hg [ртути] с течением времени было изначально одной из целей наших исследований."
Несмотря на эти проблемы, авторы все же смогли выделить более широкие тенденции в накоплении тяжелых металлов в районе Провиденс, а именно снижение концентраций свинца, отчасти из-за нормативных требований Агентства по охране окружающей среды, но также и благодаря целевым восстановительным усилиям в исторически активной промышленной зоне.
Уитфельд и его коллеги еще не закончили. По словам Уитфельда, «София развивает этот проект с более подробным анализом концентраций тяжелых металлов на одном из наших исследовательских участков.
Ее работа включает анализ прудовых отложений, почв и многое другое для документирования разнообразия растений… Мы также надеемся охватить Провиденс более широкой сетью с помощью анализа исторических образцов подорожника [подорожника] в попытке сопоставить земные тенденции в концентрации тяжелых металлов с измерениями, взятыми из близлежащих морских отложений в заливе Наррагансетт [к югу от Провиденса]."
В дополнение к цели исследования — продемонстрировать полезность гербарных образцов для измерения уровней концентраций тяжелых металлов, у исследования была вторая, не менее важная цель.
Как объясняет Уитфельд: «Мы хотели подчеркнуть актуальность гербарных коллекций для широкого круга экологических вопросов, чтобы подчеркнуть их важность для биологических наук и наук об окружающей среде."
Список экологических вопросов, на которые могут быть направлены гербарии, обширен и включает биогеографию, этноботанику, отслеживание инвазивных видов, болезней растений и изучение влияния изменения климата на время цветения. Однако влияние гербариев на исследования на этом не заканчивается.
Как доктор. Уитфельд уточняет: «Гербарные коллекции являются особенно ценными инструментами в бакалавриате естественнонаучного образования. По моему опыту, студенты особенно заинтересованы в том, чтобы вносить свой вклад в коллекции, и включение возможностей для сбора и предложения полевого опыта, чтобы это произошло, является эффективным способом вовлечь студентов в ботанику.
Таким образом, если университеты инвестируют в поддержание своих гербарных коллекций, это принесет большую выгоду с точки зрения увеличения образовательных возможностей."
Помимо преимуществ для образовательных возможностей, инвестиции в гербарии увеличивают потенциал для дальнейших ретроспективных исследований. «Множество онлайн-порталов гербариев, которые собирают цифровые изображения и данные этикеток из разных коллекций, полезны для любого типа исследования, требующего большего количества образцов, чем содержится в домашней коллекции исследователя», — отмечает Уитфельд. "Для небольших гербариев особенно важно иметь возможность искать и получать доступ к коллекциям из более крупных учреждений, чтобы расширить свои исследования."