Un team di ricercatori del MIPT ha proposto di analizzare la composizione dei licheni per valutare la qualità dell'aria atmosferica quando le stazioni di monitoraggio convenzionali non sono disponibili. Hanno prodotto un caso di studio del Xanthoria parietina lichene, i cui campioni sono stati raccolti a Mosca, Nizhny Novgorod, e due città fuori Mosca:Dolgoprudny e Dubna. L'analisi del campione ha rivelato il loro ferro, rame, e contenuto di manganese, insieme alle concentrazioni di radicali liberi di fenolo e polifenolo, due tipi di composti presenti naturalmente nei licheni. I risultati della ricerca sono stati pubblicati nel Journal of Applied Spectroscopy .

"Mostrando che la qualità dell'aria atmosferica determina la concentrazione di radicali nei licheni, dimostriamo che la spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica può essere utilizzata per il monitoraggio ambientale nelle città, " afferma la professoressa associata Svetlana Zhuravleva del Dipartimento di Chimica, MIPT. "Ciò rende il metodo molto conveniente per quelle aree in cui non sono disponibili stazioni di monitoraggio dell'aria. Anche le grandi città popolate da milioni di persone in genere non hanno più di 10 di queste strutture".

Gli ioni metallici ei radicali liberi delle molecole organiche sono coinvolti nelle reazioni enzimatiche vitali per la salute. Ma gli ioni e i radicali in eccesso interrompono il metabolismo cellulare e interferiscono con l'equilibrio naturale delle reazioni redox danneggiando le proteine, acidi nucleici, e i lipidi nella membrana cellulare. Poiché questo danno si accumula nelle cellule, può portare a numerose malattie gravi. L'inquinamento atmosferico nelle città industriali densamente popolate è uno dei principali fattori implicati nell'eccessiva quantità di ioni metallici e radicali liberi nelle cellule viventi. I ricercatori hanno stimato che nel 2015 Il 16% dei decessi a livello globale è dovuto a malattie causate da condizioni ambientali sfavorevoli. Questo è tre volte il numero di morti causate dall'AIDS, tubercolosi e malaria combinate, o 15 volte il numero di persone uccise in guerre e da altre forme di violenza.

I metalli misurati erano magnesio e due elementi di transizione:ferro e rame. I loro ioni sono in grado di entrare in reazioni redox, per cui possono cedere o assumere elettroni con relativa facilità. Se lo scambio di elettroni in un processo redox si traduce in uno ione metallico con un numero dispari di elettroni, uno di loro è destinato a non essere abbinato. Tali ioni con elettroni spaiati sono chiamati paramagnetici. I radicali sono in qualche modo simili. Questo termine è riservato a tutti gli altri ioni, atomi, e anche intere molecole di composti organici o inorganici che hanno un elettrone spaiato. Il tratto caratteristico dei radicali e degli ioni metallici è la loro natura molto reattiva; questo è, subiscono prontamente reazioni chimiche con altre molecole. Come risultato di un'elevata concentrazione di tali specie reattive nelle cellule viventi, processi chimici anormali si verificano più spesso. Impediscono alle singole cellule e per estensione al corpo nel suo insieme di mantenere lo stato di equilibrio dinamico noto come omeostasi. Ricerche precedenti hanno indicato che un contenuto più elevato di radicali liberi e ioni metallici paramagnetici nelle cellule dei mammiferi è correlato a un deterioramento della salute.

"I licheni assorbono facilmente composti di metalli dall'aria atmosferica inquinata. Inoltre, sono autonomi e non richiedono condizioni particolari:i licheni possono crescere sugli alberi, rocce, strutture metalliche. non hanno bisogno di terra, luce minima e sono quindi abbondanti in tutta la Russia, " spiega il professor Eduard Trukhan del MIPT, che ha conseguito una ScD in fisica e matematica. "Tutto ciò rende i licheni un ottimo candidato per l'uso nel monitoraggio ambientale e nella valutazione dei rischi che l'inquinamento pone alla popolazione".

Per misurare il contenuto di ioni metallici e radicali organici nei licheni, i ricercatori hanno impiegato due tecniche analitiche. Primo, il contenuto totale di tutte le specie reattive con elettroni spaiati è stato determinato mediante risonanza paramagnetica elettronica. Dopo di che, le loro concentrazioni individuali sono state identificate tramite spettroscopia di emissione ottica.

I ricercatori hanno confrontato i dati ottenuti con l'indice di inquinamento atmosferico, un indicatore complesso standard della qualità ambientale. I valori API sono misurati, calcolato, e rilasciato pubblicamente dal Servizio federale per l'idrometeorologia e il monitoraggio ambientale della Russia e dal Ministero delle risorse naturali e dell'ambiente del paese. L'API è calcolato come la somma delle concentrazioni medie annue di inquinanti espresse in termini delle loro concentrazioni massime ammissibili, che si basano sulle loro classi di pericolosità. L'inquinamento atmosferico a Dubna e Dolgoprudny è considerato basso (API <5), ma Mosca e Nizhny Novgorod hanno una classifica scadente (5

Pavel Bondarenko, ricercatore presso il Dipartimento di Chimica, MIPT, sottolinea la rilevanza del lavoro:"Questo studio fornisce la prima scala di classificazione per la classificazione della qualità ambientale basata sulla concentrazione di centri paramagnetici nei licheni. Potrebbe essere utilizzata per mappare l'inquinamento urbano e identificare quelle zone nelle città che potrebbero rappresentare un pericolo per la salute umana".