Мох и симбионты: перспективное решение для очистки вод от металлов

Новые данные раскрывают механизмы естественного процесса очистки и определяют ключевых микробных «партнеров», которые помогают мхам удалять металлы из воды. Перспективный вид мха был обнаружен на заброшенных рудниках, где выживают немногие другие растения. Предстоящие испытания оценят их эффективность в железосодержащих лесных дренажных канавах.

Изменение климата в северных регионах ускоряет выброс металлов в водные пути. Лесные канавы и заброшенные шахты также создают территории, требующие устойчивых решений по очистке воды. Традиционные методы часто неэффективны в холодных условиях. Исследователи из Университета Оулу (Финляндия) разрабатывают альтернативные, основанные на природе системы очистки, которые работают без затрат энергии и надежно функционируют в удаленных местах.

Проект начался, когда исследователи обнаружили обильные заросли мха Warnstorfia fluitans в кислых, насыщенных металлами водах возле рудника Пюхясалми в Финляндии. К их удивлению, мох процветал в условиях, где высокая кислотность увеличивает растворимость металлов.

«Растущие доказательства показывают решающую роль микробов в помощи растениям выживать в экстремальных условиях», — объясняет профессор Анна-Мария Пирттиля. Ее исследовательская группа ранее изучала, например, как золото накапливается в хвое ели и как микробное разнообразие в чернике различается между северной и южной Финляндией.

Новое исследование показывает, что мхи не удаляют металлы в одиночку. Ключ — в сотрудничестве между мхом и его микробными симбионтами. Исследование «Водный мох осаждает металлы в присутствии специфического эндофитного микробиома» опубликовано в iMetaOmics.

Микробы живут во всех организмах, а те, что обитают в растениях в симбиозе, называются эндофитами. Мхи, собранные на богатых металлами участках, содержали больше эндофитов, повышающих толерантность к металлам. Выделились два вида: Phialocephala bamuru и Hyaloscypha hepaticola, оба обильны в загрязненных металлами водах. Оба также были успешно культивированы в лаборатории.

Результаты позволяют предположить, что эти симбионты помогают мхам осаждать растворенные металлы внутри их клеток. «Мох действует как губка, которая связывает и превращает металлы в более безопасную, твердую форму», — говорит постдоктор Кайса Лехосмаа. «Микробы изменяют условия внутри ткани мха так, что вредные растворенные металлы могут быть преобразованы в управляемые частицы. И всегда есть возможность удалить богатые металлами мхи». Исследование изучало железо, а также кадмий, медь, цинк, никель и мышьяк.

Исследование, проведенное с международными партнерами, включало сотрудничество с рудником Пюхясалми и сталепроизводителем Outokumpu. Образцы мха также были собраны на закрытых рудниках Сааттопора в Финляндии и Адакгруван в Швеции. Мхи из богатых металлами вод сравнивали с мхами из чистых сред.

Группа Пирттиля также исследует коммерческие приложения. «Мы разрабатываем микробные штаммы и продукты для использования в различных секторах», — говорит она.

Предыдущие тесты показали, что мхи могут удалять питательные вещества из воды в течение трех недель. Удаление металлов, по оценкам, занимает несколько недель, а текущие исследования направлены на дальнейшую оценку эффективности очистки.

«В управлении лесным дренажем мхи не должны рассматриваться как мусор, блокирующий поток воды», — подчеркивает Лехосмаа. Команда далее будет тестировать очистку с помощью мха и микробов в богатом железом водосборе Калименйоки возле озера Яэлинъярви в северной Финляндии.