La susceptibilitat a l’ozó de líquens i molses és més elevada en condicions humides (Liquenologia mediterrània, 18/2020)

El verb grec λείχω (suco) és la que genera el terme λειχήν, que Teofrast fa servir per tota una sèrie de plantes no-vasculars, i que en la Història Natural de Plini s’adapta com a “lichen”. En la botànica moderna, hom reserva el terme liquen per als bèrbols, mentre que les molses constitueixen una divisió pròpia del Regne Vegetal, la dels briòfits (formada per molses, hepàtiques i antocerotes). De tota manera, liquenologia i briologia van força de la mà, car estudien organismes que són poiquilohídrics, en el sentit que ajusten el seu contingut d’aigua a la disponibilitat que hi ha en l’ambient. La liquenologia del segle XIX fou capaç d’entendre els líquens com una associació simbiòtica entre un fong filamentós i una alga microscòpica. En general, el fong pertany al grup dels ascomicets. L’alga microscòpica sol ésser una alga verda (cloròfit) però també pot ésser un cianobacteri (alga blava). Els líquens són considerats uns bons bioindicadors de la qualitat de l’aire, en el sentit que la majoria de contaminants atmosfèrics redueixen la quantitat i diversitat de líquens que creixen sobre substrats (roques, troncs d’arbres, etc.). Hi ha, però, una notable excepció, que és la tolerància que mostren envers l’ozó (O3) troposfèric. La revista Biology, de Basilea, publica aquesta setmana una investigació sobre la susceptibilitat a l’O3 del liquen Evernia prunastri i de la molsa Brachythecium realitzada pel grup de Stefano Loppi, de la Universitat de Siena. L’exposició que estudien és de caire agut, els efectes una hora després d’una fumigació d’1 ppm d’O3. Comparen la sensibilitat de líquens i molses en estat deshidratat (<10% de contingut d’aigua) i en estat hidratat (>200% de contingut d’aigua), bo i esperant que en aquest segon cas la susceptibilitat de l’O3 serà superior. Una hora després de la fumigació, l’ozó únicament afecta en contingut de clorofil·la de les mostres humides. Si hom deixa una setmana de recuperació, però, en el cas de la molsa no hi ha diferència en la susceptibilitat a l’ozó de mostres que foren exposades en condicions deshidratades o hidratades. En el cas del liquen, l’exposició a l’O3 perjudica l’eficiència fotosintètica tant en un cas com en l’altre, però el nivell d’afectació és més elevat en les mostres que hi foren exposades en condicions humides. La molsa humida exposada a una fumigació d’ozó respon amb una elevació de la capacitat antioxidant, com també ho fa el liquen sec. En canvi, en el liquen humit, una setmana després de la fumigació amb O3 hi ha hagut una caiguda de la capacitat antioxidant. La tolerància a l’O3 en molses i líquens sembla present únicament en condicions de deshidratació, cosa que s’explica atenent que en el clima mediterrani els pics d’O3 troposfèric solen coincidir amb l’època estival de màxima eixutesa.

“Evernia prunastri” rep el nom comú, entre d’altres, de molsa de roure. Pròpia dels boscos criomediterranis, és un ingredient de la perfumeria de Grassa

Susceptibilitat a l’ozó i capacitat antioxidant

Stefano Loppi és professor ajudant del Departament de Ciències de la Vida de la Universitat de Siena. És interessat en l’ús dels líquens epifítics com a biomonitors de la contaminació de l’aire. Aquesta recerca sobre la relació entre la hidratació i la susceptibilitat a una exposició aguda a O3 fou concebuda per Loppi que dissenyà els experiments. Els experiments mateixos foren realitzats per Andrea Vannini i per Giulia Canali, investigadors del mateix departament. Les dades foren analitzades per Loppi i Vannini. Mario Pica, de Bioredox, forní eines analítiques de capacitat antioxidant. Vannini i Loppi redactaren l’article, que fou supervisat per Cristina Nali, del Departament d’Agricultura, Alimentació i Ambient de la Universitat de Pisa.

Els autors agraeixen a Ilaria Bonini, del Departament de Ciències de la Vida de la Universitat de Siena, la identificació de la molsa de l’estudi com a espècie del gènere Brachythecium.

“Brachythecium” és un gènere de molses

L’article fou tramès a la revista Biology, de Basilea, el 13 de març, i fou acceptat el 22 d’abril i publicat el dia 27.

Quan sentim a parlar l’ozó (O3) atmosfèric pensem primerament en l’ozó estratosfèric, l’anomenada “capa d’ozó”, que protegeix efectivament la biosfera d’una part de la radiació ultraviolada d’origen solar. Però Vannini et al. aquí fan referència a l’ozó troposfèric, és a dir l’O3 format a les capes baixes de l’atmosfera, en contacte amb la superfície sòlida. L’ozó troposfèric és considerat un contaminant fortament oxidant, que resulta de la interacció entre la radiació solar i contaminants primaris com els òxids de nitrogen (NOx), els compostos orgànics volàtils (VOCs) i el monòxid de carboni (CO). És l’augment d’alguns d’aquests contaminants primaris com a resultat d’activitats humanes el que promou una tendència d’augment de l’O3 en la troposfera de l’ordre 300 ppb cada any, un augment que també és estimulat pel propi escalfament climàtic també d’arrel antropogènica. Com a component de la boira fotoquímica, particularment en entorns urbans, l’O3 troposfèric té un impacte directe sobre la salut humana. La seva fitotoxicitat, a més, té conseqüències sobre el medi agrícola i natural.

Els líquens són organismes molt sensibles a contaminants atmosfèrics com el NOx, els VOCs, o el CO, però no ho són pas gaire a l’O3, ni en termes quantitatius ni qualitatiu. Això contrasta amb plantes com la del tabac (Nicotiana tabacum Bel-W3 és un dels models botànics més utilitzats sobre la toxicitat de l’ozó). Cal augmentar les concentracions d’O3 per trobar efectes en els líquens, tant en la capacitat fotosintètica de l’alga (el fotobiont) com en la ultraestructura del fong (el micobiont).

Les molses són també poc sensibles a l’ozó. Cal una fumigació amb concentracions considerables d’ozó per trobar un efecte sobre la capacitat fotosintètica de molsa.

Com a plantes poiquilohídriques, el contingut d’aigua de líquens i molses depèn de la disponibilitat de l’ambient. El nivell metabòlic puja o baixa en proporció a aquest contingut d’aigua, de manera que durant l’eixutesa estival hi ha una reducció metabòlica. Per això Vannini et al. estudien la tolerància a una exposició aguda a una fumigació elevada d’O3 tant en condicions d’hidratació com de deshidratació.

Mostres de molsa i liquen d’una zona remota de la província de Siena

Vannini et al., a final de setembre del 2019, recolliren d’un indret remot de la província de Siena, allunyat de focus locals de contaminació, mostren del liquen epifític Evernia prunastri i d’una molsa del gènere Brachythecium. Una vegada en el laboratori, aquestes mostres naturals foren netejades amb unes pinces de plàstic sota la lupa estereoscòpica.

Una vegada netejades, un lot de 18 mostres fou assecat en una cambra climatitzada a 16°C i a una humitat relativa del 55% fins arribar a un nivell residual d’aigua per sota del 10% del pes. En canvi, un altre lot de 18 mostres fou hidratat en una altra cambra climatitzada a 16°C i a una humitat relativa del 90%, de tal manera que els líquens arribaren a un contingut d’aigua del 250% del pes sec mentre les molses arribaren a un contingut del 600%.

Dues terceres parts de les mostres foren fumigades durant una hora a una concentració d’ozó d’1 ppm (emprant el generador GPC2000 de la casa Ozonosoluzioni). Les altres mostres foren fumigades durant una hora amb una atmosfera sense ozó.

La meitat de les mostres foren deixades durant una setmana a condicions ambientals per estudiar-ne la recuperació posterior a la fumigació.

Vannini et al. mesuraren el contingut total de clorofil·la de les mostres amb el CCM-300 d’Opti-Science. És un mètode no-destructiu que genera un resultat en forma de mg de clorofil·la per metre quadrat de superfície. Les dades es corresponien a deu rèpliques de cada unitat experimental.

Com a indicadors de la capacitat fotosintètica, Vannini et al. estudiaren la fluorescència de la clorofil·la a del fotosistema II. El paràmetre FV/FM és indicador de l’eficiència fotosintètica, i se’l pot complementar amb el test OJIP. Per fer aquest estudi les mostres eren prèviament hidratades en la cambra climatitzada a 16°C i amb un 90% d’humitat relativa, i se les exposava a una radiació fotosintèticament activa de 40 µmol·m-2·s-1 i a polsos de llum vermella d’1 segon de 3000 µmol·m-2·s-1. Les dades es corresponien a quinze rèpliques per cada unitat experimental.

Com a indicador de l’activitat antioxidant total s’utilitzava l’assaig DPPH (que hem comentat en una altra ocasió). Alíquotes de 50 mg de les mostres eren homogeneïtzades en un 1 mL d’una solució hidroalcohòlica (80% d’etanol i 20% d’aigua). Uns 100 µL de l’homogenat eren introduïts en 1 mL d’una solució hidroalcohòlica de DPPH de 100 µM, se la deixava reaccionar durant 1 hora i es mesurava l’absorbància a una longitud d’ona de 517 nm. La capacitat antioxidant era expressades com a percentatge d’un control.

Els resultats s’expressaven com a ratios respecte dels controls. Amb un test de Tukey s’identificaven els resultats més dispars. Les diferències entre les mostres control i les fumigades amb ozó s’estudiaven amb un test U de Mann-Withney. Les diferències entre les mostres assecades i humitejades es comprovaven amb una anàlisi unilateral de variància Kruskal-Wallis no-paramètric. Les comparacions post-hoc es feien amb un test de Dunn, i les temporals amb un test de suma de rang de Wilcoxon. S’aplicaren correccions per test múltiple.

Els efectes de la fumigació amb 1 ppm d’O3

En el cas del liquen assecat, la fumigació amb 1 ppm d’O3 no fa davallar d’immediat (1 hora després de la fumigació) els nivells de clorofil·la, ni tampoc els d’una setmana ulterior a aquest tractament. Sí que hi ha una caiguda de l’eficiència fotosintètica (FV/FM), que no es recupera pas en una setmana. Pel que fa a la capacitat antioxidant total hi ha un fort augment immediat, que es perd parcialment, sense desaparèixer, una setmana després.

En el cas del liquen humitejat, la fumigació amb 1 ppm d’O3 produeix una davallada dràstica dels nivells de clorofil·la i de l’eficiència fotosintètica, que no es recuperen gens ni mica una setmana més tard. Pel que fa a la capacitat antioxidant, aquesta mostra uns valors inferiors una setmana després de la fumigació.

En el cas de la molsa assecada, la fumigació amb 1 ppm d’O3 no davalla els nivells de clorofil·la, però sí l’eficiència fotosintètica, que només es recupera parcialment al cap d’una setmana. La capacitat antioxidant, en canvi, no es veu alterada.

En el cas de la molsa humitejada, la fumigació amb 1 ppm d’O3 davalla considerablement els nivells de clorofil·la i l’eficiència fotosintètica. Una setmana després tan sols hi ha una recuperació dels nivells de clorofil·la però no pas de l’eficiència fotosintètica. Pel que fa a la capacitat antioxidant, la fumigació produeix una pujada immediata, que es perd parcialment una setmana després.

Les corbes de fluorescència indiquen que l’O3 produeix un dany remarcable a la maquinària fotosintètica tant del liquen com de la molsa. Es tracta d’un dany que persisteix fins i tot després d’una setmana de recuperació.

Ozó, humitat i antioxidants

L’O3 a unes concentracions puntualment elevades de 1 ppm té, doncs, un efecte tòxic sobre l’eficiència fotosintètica del liquen. Ara bé, aquesta toxicitat es molt més clara si el liquen es troba en un estat hidratat, essent alhora un efecte persistent al cap d’una setmana.

En el liquen en estat assecat, l’O3 afecta l’eficiència fotosintètica sense arribar a afectar els nivells de clorofil·la, i això deuria facilitar la recuperació parcial al cap d’una setmana. Vannini et al. pensen que la capacitat antioxidant, que és més elevada en el liquen assecat, té un rol protector sobre la integritat de la clorofil·la.

La molsa sembla menys susceptible que el liquen a la fumigació amb O3, i assoleix una major recuperació al cap d’una setmana. La capacitat antioxidant hi jugaria també un paper, però ho faria especialment en la molsa humitejada, que presenta majors nivells d’antioxidants que la molsa assecada.

Vannini et al. consideren que la major susceptibilitat del liquen humitejat a l’O3 es deuria, d’una banda, a la gran solubilitat de l’O3 en l’aigua (que assoliria així una major biodisponibilitat), i de l’altra banda, al fet que amb un potencial d’aigua més elevat el metabolisme del liquen és més actiu. La toxicitat de l’O3 de fet depèn de la seva dissolució en aigua, arran de la qual es formen diversos productes (“espècies reactives d’oxigen”, ROS) que condueix a un “esclat oxidatiu”. La maquinària metabòlica, començant per la pròpia taxa fotosintètica neta, accelera precisament la formació de ROS. Els ROS tindrien un efecte directe sobre la clorofil·la, que es manifesta macroscòpicament en la “clorosi” (l’emblanquiment dels teixits verds), però alhora també tindrien un efecte indirecte a través de mecanismes de protecció del propi sistema fotosintètic.

Allò que Vanini et al. troben per al liquen Evernia no és necessàriament vàlid per a tots els líquens. Evernia és un liquen higrofític, bo i que amb una capacitat limitada d’hidratació (que, com hem vist, no arriba a acceptar més del 200% d’aigua respecte del pes sec). En un liquen xerofític com Xanthoria, l’ozó és més tòxic en la forma deshidratada.

En condicions ambientals, els pics d’O3 troposfèric (tant els deguts a fluctuacions naturals com els antropogènics) són més freqüents a l’estiu. Els nivells d’hidratació de líquens com Evernia o de molses com Brachythecium són llavors inferiors, i en aquestes condicions de deshidratació relativa tendeix a presentar una major capacitat antoxidant. Una de les funcions de la capacitat antioxidant és protegir els fotosistemes durant l’eixutesa, i aquest mecanisme seria alhora una protecció davant dels pics d’O3. Així, els líquens, tan sensibles a altres contaminants, resisteixen aquest agent oxidant.

Lligams:

The Water Content Drives the Susceptibility of the Lichen Evernia prunastri and the Moss Brachythecium sp. to High Ozone Concentrations. Andrea Vannini, Giulia Canali, Mario Pica, Cristina Nali, Stefano Loppi. Biology (Basel) 9: 90 (2020).

 

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: