Une équipe de chercheurs basée au MIPT a proposé d'analyser la composition des lichens pour évaluer la qualité de l'air atmosphérique lorsque les stations de surveillance conventionnelles ne sont pas disponibles. Ils ont produit une étude de cas de la Xanthoria pariétina lichen, dont les échantillons ont été collectés à Moscou, Nijni Novgorod, et deux villes en dehors de Moscou :Dolgoprudny et Dubna. L'analyse des échantillons a révélé leur fer, le cuivre, et teneur en manganèse, ainsi que des concentrations de radicaux libres de phénol et de polyphénol, deux types de composés naturellement présents dans les lichens. Les résultats de la recherche ont été publiés dans le Journal de spectroscopie appliquée .

"En montrant que la qualité de l'air atmosphérique détermine la concentration de radicaux dans les lichens, nous prouvons que la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique peut être utilisée pour la surveillance de l'environnement dans les villes, " déclare la professeure agrégée Svetlana Zhuravleva du Département de chimie, MIPT. "Cela rend la méthode très pratique pour les zones où les stations de surveillance de l'air ne sont pas disponibles. Même les grandes villes peuplées de millions de personnes n'ont généralement pas plus de 10 de ces installations."

Les ions métalliques et les radicaux libres des molécules organiques sont impliqués dans des réactions enzymatiques vitales pour la santé. Mais l'excès d'ions et de radicaux perturbe le métabolisme cellulaire et interfère avec l'équilibre naturel des réactions redox en endommageant les protéines, acides nucléiques, et les lipides de la membrane cellulaire. Au fur et à mesure que ces dommages s'accumulent dans les cellules, elle peut entraîner de nombreuses maladies graves. La pollution de l'air atmosphérique dans les villes industrielles densément peuplées est l'un des principaux facteurs impliqués dans le nombre excessif d'ions métalliques et de radicaux libres dans les cellules vivantes. Les chercheurs ont estimé qu'en 2015, 16% des décès dans le monde sont dus à des maladies causées par de mauvaises conditions environnementales. C'est trois fois le nombre de décès causés par le sida, tuberculose et paludisme réunis, ou 15 fois le nombre de personnes tuées dans les guerres et par d'autres formes de violence.

Les métaux mesurés étaient le magnésium et deux éléments de transition, le fer et le cuivre. Leurs ions sont capables d'entrer dans des réactions redox, grâce à quoi ils peuvent abandonner ou prendre des électrons avec une relative facilité. Si l'échange d'électrons dans un processus redox donne un ion métallique ayant un nombre impair d'électrons, l'un d'eux est forcément désapparié. De tels ions avec des électrons non appariés sont appelés paramagnétiques. Les radicaux sont un peu similaires. Ce terme est réservé à tous les autres ions, atomes, et même des molécules entières de composés organiques ou inorganiques qui ont un électron non apparié. Le trait caractéristique des radicaux et des ions métalliques est leur nature très réactive; C'est, ils subissent facilement des réactions chimiques avec d'autres molécules. En raison d'une concentration élevée de ces espèces réactives dans les cellules vivantes, des processus chimiques anormaux se produisent plus souvent. Ils empêchent les cellules individuelles et par extension le corps dans son ensemble de maintenir l'état d'équilibre dynamique connu sous le nom d'homéostasie. Des recherches antérieures ont indiqué qu'une teneur plus élevée en radicaux libres et en ions métalliques paramagnétiques dans les cellules de mammifères est en corrélation avec une détérioration de la santé.

"Les lichens absorbent facilement les composés de métaux de l'air atmosphérique pollué. En plus de cela, ils sont autonomes et ne nécessitent aucune condition particulière :les lichens peuvent pousser sur les arbres, rochers, structures métalliques. Ils n'ont pas besoin de terre, minimum de lumière et sont donc abondants dans toute la Russie, " explique le professeur MIPT Eduard Trukhan, qui détient un ScD en physique et mathématiques. "Tout cela fait des lichens un candidat de choix pour la surveillance environnementale et l'évaluation des risques que la pollution pose à la population."

Pour mesurer la teneur en ions métalliques et en radicaux organiques dans les lichens, les chercheurs ont utilisé deux techniques analytiques. D'abord, la teneur totale de toutes les espèces réactives avec des électrons non appariés a été déterminée au moyen de la résonance paramagnétique électronique. Après ça, leurs concentrations individuelles ont été identifiées par spectroscopie d'émission optique.

Les chercheurs ont comparé les données obtenues avec l'indice de pollution de l'air, un indicateur complexe standard de la qualité de l'environnement. Les valeurs API sont mesurées, calculé, et rendu public par le Service fédéral d'hydrométéorologie et de surveillance environnementale de la Russie et le ministère des Ressources naturelles et de l'Environnement du pays. L'API est calculé comme la somme des concentrations annuelles moyennes de polluants exprimées en fonction de leurs concentrations maximales admissibles, qui sont basés sur leurs cotes de danger. La pollution de l'air à Dubna et Dolgoprudny est considérée comme faible (API <5), mais Moscou et Nijni Novgorod ont un mauvais classement (5

Pavel Bondarenko, chercheur au Département de chimie, MIPT, souligne la pertinence du travail :« Cette étude fournit la première échelle de classement de la qualité de l'environnement basée sur la concentration des centres paramagnétiques dans les lichens. Elle pourrait être utilisée pour cartographier la pollution urbaine et identifier les zones dans les villes qui pourraient présenter un danger pour la santé humaine.