Ett MIPT-baserat team av forskare har föreslagit att analysera lavens sammansättning för att bedöma atmosfärisk luftkvalitet när konventionella övervakningsstationer inte är tillgängliga. De tog fram en fallstudie av Xanthoria parietina lav, vars prover samlades in i Moskva, Nizhny Novgorod, och två städer utanför Moskva - Dolgoprudny och Dubna. Provanalys avslöjade deras järn, koppar, och manganinnehåll, tillsammans med fria radikalkoncentrationer av fenol och polyfenol - två typer av föreningar som förekommer naturligt i lavar. Forskningsresultaten publicerades i Journal of Applied Spectroscopy .

"Genom att visa att atmosfärens luftkvalitet bestämmer koncentrationen av radikaler i lavar, vi bevisar att elektronparamagnetisk resonansspektroskopi kan användas för miljöövervakning i städer, " säger docent Svetlana Zhuravleva vid Institutionen för kemi, MIPT. "Detta gör metoden mycket bekväm för de områden där luftövervakningsstationer inte är tillgängliga. Även storstäder befolkade av miljontals människor har vanligtvis inte mer än 10 sådana anläggningar."

Metalljoner och fria radikaler av organiska molekyler är inblandade i enzymatiska reaktioner som är viktiga för hälsan. Men överskott av joner och radikaler stör cellmetabolismen och stör den naturliga balansen av redoxreaktioner genom att skada proteiner, nukleinsyror, och lipiderna i cellmembranet. När denna skada byggs upp i cellerna, det kan leda till många allvarliga sjukdomar. Atmosfärisk luftföroreningar i tätbefolkade industristäder är en av de viktigaste faktorerna som är inblandade i överdriven metalljon och antalet fria radikaler i levande celler. Forskare har uppskattat att 2015, 16 procent av dödsfallen globalt berodde på sjukdomar orsakade av dåliga miljöförhållanden. Detta är tre gånger antalet dödsfall orsakade av aids, tuberkulos och malaria kombinerat, eller 15 gånger antalet människor som dödats i krig och andra former av våld.

Metallerna som mättes var magnesium och två övergångselement - järn och koppar. Deras joner kan gå in i redoxreaktioner, varigenom de kan ge upp eller ta på elektroner med relativt enkelhet. Om elektronutbyte i en redoxprocess resulterar i att en metalljon har ett ojämnt antal elektroner, en av dem är skyldig att vara oparad. Sådana joner med oparade elektroner kallas paramagnetiska. Radikaler är lite lika. Denna term är reserverad för alla andra joner, atomer, och till och med hela molekyler av organiska eller oorganiska föreningar som har en oparad elektron. Den karakteristiska egenskapen hos radikaler och metalljoner är deras mycket reaktiva natur; det är, de genomgår lätt kemiska reaktioner med andra molekyler. Som ett resultat av en förhöjd koncentration av sådana reaktiva ämnen i levande celler, onormala kemiska processer förekommer oftare. De förhindrar enskilda celler och i förlängningen kroppen som helhet från att upprätthålla tillståndet av dynamisk jämvikt som kallas homeostas. Tidigare forskning visade att högre innehåll av fria radikaler och paramagnetiska metalljoner i däggdjursceller korrelerar med en försämring av hälsan.

"Lavar absorberar lätt föreningar av metaller från förorenad atmosfärisk luft. Förutom det, de är autonoma och kräver inga speciella förhållanden:lavar kan växa på träd, stenar, metallstrukturer. De behöver ingen jord, minimalt ljus och är därför rikligt i hela Ryssland, " förklarar MIPT-professor Eduard Trukhan, som har en ScD i fysik och matematik. "Allt detta gör lavar till en utmärkt kandidat för användning i miljöövervakning och bedömning av riskerna som föroreningar utgör för befolkningen."

För att mäta innehållet av metalljoner och organiska radikaler i lavar, forskarna använde två analytiska tekniker. Först, det totala innehållet av alla reaktiva arter med oparade elektroner bestämdes med hjälp av elektronparamagnetisk resonans. Efter det, deras individuella koncentrationer identifierades via optisk emissionsspektroskopi.

Forskarna jämförde uppgifterna de fick med luftföroreningsindex, en standardkomplex indikator på miljökvalitet. API-värden mäts, beräknad, och offentligt släppt av Rysslands Federal Service for Hydrometeorology and Environmental Monitoring och landets ministerium för naturresurser och miljö. API beräknas som summan av genomsnittliga årliga koncentrationer av föroreningar uttryckt i termer av deras högsta tillåtna koncentrationer, som är baserade på deras riskklassificering. Luftföroreningarna i Dubna och Dolgoprudny anses vara låga (API <5), men Moskva och Nizhny Novgorod har en dålig ranking (5

Pavel Bondarenko, forskare vid Institutionen för kemi, MIPT, lyfter fram relevansen av arbetet:"Denna studie ger den första rankningsskalan för att gradera miljökvalitet baserat på paramagnetisk centrumkoncentration i lavar. Den skulle kunna användas för att kartlägga föroreningar i städer och identifiera de zoner i städer som kan utgöra fara för människors hälsa."