Истощение озонового слоя повредило ДНК антарктических мхов

Антарктические мхи пострадали от истощения озонового слоя. Как выяснили биологи, у местных эндемичных видов затормаживается размножение, а главная молекула организма -- ДНК просто разваливается на части.

Ученые из Уоллонгонгcкого университета (Австралия) под руководством доцента Шэрон Робинсон (Dr. S. Robinson) изучали, как влияет уровень ультрафиолетовой радиации на генетику мхов в Антарктике. Оказалось, что даже небольшое превышение уровня ультрафиолетовой радиации вызывает повреждения их ДНК, а также приводит к замедлению роста мхов и различным мутациям.

Озоновая дыра над Антарктикой

Антарктику экспериментаторы выбрали не случайно. Печально известное истощение озонового слоя над континентом -- так называемая озоновая дыра приводит к тому, что интенсивность УФ-излучения в регионе увеличивается. Правда, при этом все забывают, что образование дыры над Антарктидой -- сезонное явление и происходит два раза в год -- весной и осенью. В сентябре она достигает максимальной величины, а 16 сентября метеорологи даже называют днем озона.

Последние данные

[v1] По данным Британской службы антарктических наблюдений, в начале сентября 2008 года озоновая дыра покрывала территорию 25 млн кв. км. Эта величина за последние десять лет практически не менялась. Дыра в 2008 году просуществовала удивительно долгое время -- до начала декабря. И это был самый длинный сезон ее существования за весь период наблюдения с 1957 года.

3 февраля 2009 года, например, значение уровня озона над Антарктикой составило 300 единиц Добсона (средние нормальные значения этого показателя -- 300--350 единиц). Это чуть ниже нормы. При этом значение концентрации озона постепенно начинает понижаться в сторону осеннего минимума -- он наступит в марте.

Причина образования озоновой дыры -- климат

Как говорят ученые-климатологи из Международного агентства по изменению климата (IPCC), причины, по которым озоноваые дыры образуются в Антарктике, связаны с особенностями местного климата. Во-первых, озон синтезируется из кислорода под воздействием ультрафиолетового излучения на кислород. А так как во время полярной ночи темно, солнечное излучение отсутствует, то озон просто не образуется.

Во-вторых, зимой над Антарктикой образуется устойчивый вихрь. Он движется по замкнутым траекториям вокруг Южного полюса и мешает притоку богатого озоном воздуха со средних широт.

В-третьих, на процесс разрушения озона оказывают влияние полярные стратосферные облака. Они формируются на высотах от 15 до 25 км в холодных областях стратосферы при температуре ниже –78°С.

Есть также версия, что существует и «в-четвертых». Это пресловутые аэрозоли с фреонами, которые почему-то уменьшают озоновый слой только над Антарктидой, хотя как раз там их и не распыляют.

Как ученые мох изучали

Ученые исследовали три вида антарктических мхов. Два космополитичных вида (то есть распространенных по всему земному шару) -- бриум (Bryum pseudotriquetrum), цератодон (Ceratodon purpureus) и один эндемичный вид, который растет только в Антарктике, -- шистидиум антарктический (Schistidium antarctici). Исследования проводились на Виндмилльских островах у восточного побережья Антарктиды. Несмотря на суровый антарктический климат, там представлены одни из самых разнообразных и мощных моховых сообществ в Антарктике.

Всего ученые собрали 180 образцов, по 60 для каждого вида. Затем образцы поместили в жидкий азот и повезли в Австралию, где провели экстракцию ДНК и определили содержание продуктов их повреждения.

В течение всего эксперимента толщина озонового слоя была ниже нормального и составляла 260 единиц Добсона. Величина ультафиолетового излучения, соответственно, оказалась повышенной и составлила 14,7 Кдж/кв. м.

Как ультрафиолет действует на клетку

Слишком сильное УФ-излучение губительно для живой клетки. Оно повреждает в первую очередь биологические молекулы ДНК, белки, липиды и фотосинтетические пигменты. Большая часть таких повреждений вызывает модификацию азотистых оснований с образованием циклобутанпиримидиновых димеров (CPD).

Эти димеры мешают процессам дублирования и ремонта ДНК, что замедляет рост растений и приводит к нежелательным мутациям. Но это только в том случае, если такие повреждения не ремонтируются самой клеткой.

Клетка может ремонтировать повреждения сама

Недавно ученым стало известно, что высшие растения используют скрининговые компоненты, которые находятся в эпидермисе. Они способны быстро распознавать губительные ультрафиолетовые лучи и подавать сигнал к действию -- синтезу нейтрализующей повреждения фотолиазы. Мхам труднее. Они хоть и высшие растения, но у них практически отсутствует эпидермис (наружная покровная ткань), поэтому они очень чувствительны к ультрафиолетовому излучению.

ДНК мхов страдают

Даже несмотря на то, что значение толщины озонового слоя было близким к нормальному, ученые обнаружили повреждения ДНК во всех трех видах мхов. Самые сильные повреждения были у эндемичного антарктического мха -- в нем накапливалось больше всего продуктов повреждения ДНК. Мхи-космополиты практически не испытывали никакого дискомфорта от избытка ультрафиолета. Они накапливали значительно меньше продуктов разрушения ДНК. Ученые объясняют такую стойкость способностью вовремя распознать продукты повреждения и устранить их. Это неудивительно, ведь космополитичные виды смогли распространиться по всему земному шару именно благодаря своей гибкости и способности адаптироваться к любым условиям.

Исследования опубликованы в февральском номере Global Change Biology.