Naturalne metody usuwania zanieczyszczeń z gleby i wody zyskują coraz większą popularność, dowodzą badania stypendystki NAWA.

Sposoby naturalne usuwania zanieczyszczeń są zwykle tańsze i mniej inwazyjne niż chemiczne czy mechaniczne sposoby usuwania skażeń ziemi czy wód. Nad rozwojem naturalnych technik oczyszczania osadów z dna rzek pracuje stypendystka NAWA dr hab. Magdalena Urbaniak, która wykorzystuje do tego niezwykłe właściwości roślin znanych z przydomowych ogródków.

Badaczka swoje innowacyjne badania nad wykorzystaniem warzyw dyniowatych do oczyszczania środowiska prowadziła podczas pobytu na stypendium NAWA w ramach Programu im. Bekkera w ośrodku Departamentu Zdrowia Stanu Nowy Jork nad rzeką Hudson, jedną z najbardziej zanieczyszczonych trującymi polichlorowanymi bifenylami (PCB) rzek na świecie. PCB były przez wiele lat powszechnie używane do budowy elementów instalacji elektrycznych. Wiele badań potwierdziło jednak, że są one toksyczne dla ludzi i zwierząt. W Polsce od 2010 r. zabronione jest stosowanie PCB. Niestety, pozostało na świecie wiele miejsc, gdzie wciąż zalega jego znaczna ilość.

NAWA: Jak wybrała Pani miejsce swoich badań w ramach stypendium Programu im. Bekkera? 

Dr hab. Magdalena Urbaniak, Uniwersytet Łódzki, Europejskie Regionalne Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk: Moje zainteresowania badawcze od początku mojej przygody z nauką, oscylują wokół zagadnień zanieczyszczenia środowiska wodnego. Wśród moich naukowych marzeń, ale i wyzwań, znalazło się przeprowadzenie badań na jednym z najbardziej zanieczyszczonych pod względem PCB ekosystemów wodnych na świecie – rzece Hudson. Jako ośrodek realizacji badań wybrałam więc Departament Zdrowia Stanu Nowy Jork - Wydział Nauk o Zdrowiu Środowiskowym (ang. the New York State Department of Health - Division of Environmental Health Sciences), który jest zaangażowany w prace nad sposobami oczyszczania rzeki Hudson. Jest też jednym z wiodących ośrodków w dziedzinie chemii i zdrowia środowiskowego na arenie międzynarodowej oraz laboratorium referencyjnym Amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (US EPA). 

Czy możliwe jest stosowanie metody oczyszczania środowiska z wykorzystaniem warzyw dyniowatych na masową skalę? 

Uważam, że tak. Rośliny rosnące w środowisku zanieczyszczonym czy zdegradowanym zaczynają odgrywać szerszą rolę niż tylko narzędzi do usuwania zanieczyszczeń. Coraz częściej odpowiednio dobrane zbiorowiska roślin na terenach zdegradowanych czy zdewastowanych pełnią równocześnie inne funkcje – przeciwdziałają erozji, stanowią siedlisko dla zwierząt, retencjonują wodę. Szybki rozwój miast, w których już obecnie mieszka 54% światowej populacji ludzi, owocuje rozwojem zielonych technologii (ang. green technologies), które pomagają zminimalizować nie tylko negatywny wpływ człowieka na środowisko, ale też zmniejszają wpływ, jaki miasto wywiera na fizyczne i psychiczne zdrowie człowieka. Wszelkiego rodzaju zielone korytarze, skwery, parki, obsadzone roślinnością cieki i oczka wodne, czy też zielone ściany i dachy, pełnią funkcje estetyczne i tworzą przyjazną człowiekowi przestrzeń do wypoczynku, ale jednocześnie pomagają walczyć z zanieczyszczeniem powietrza i wody. Zatem fitoremediacja staje się jednym z elementów zintegrowanego i zrównoważonego podejścia do rewitalizacji obszarów skażonych jak i ochrony i kształtowania przestrzeni, w której żyjemy. 

Jakie są najpoważniejsze zagrożenia, związane ze skażeniem rzek bifenylami? 

PCB powodują zmiany genetyczne w organizmach żywych. Osłabiają procesy reprodukcyjne i odpornościowe. W skażonych rzekach żyje mniej różnych gatunków zwierząt, są one mniej liczne i słabsze. Tym samym skażenie bifenylami obniża wartości ekologiczną, ekonomiczną a także rekreacyjną rzek. Związki PCB zakumulowane w tkankach zwierząt, zwłaszcza ryb, stanowią też bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia człowieka. Właśnie to zagrożenie było przyczyną prawie 20-letniego (1976-96) zakazu połowu i spożycia ryb z rzeki Hudson. Należy podkreślić, iż narażenie na związki PCB nie ogranicza się tylko do samej rzeki i organizmów w niej bytujących. Jak wskazują badania, zanieczyszczenie osadów dennych stanowi zagrożenie również dla przyległych ekosystemów lądowych, zagrażając w ten sposób organizmom niezwiązanym bezpośrednio ze środowiskiem wodnym. Przykładem mogą być tutaj owady, których larwy żyją przy dnie rzek i zbiorników wodnych, a tym samym akumulują znaczne ilości zanieczyszczeń, zgromadzonych w osadach. Formy dorosłe tych owadów, żyjące na lądzie, stanowią istotną cześć pokarmu ptaków owadożernych. W efekcie PCB gromadzi się również w tkankach tych ptaków. Również pozostałe lądowe drapieżniki, w tym ptactwo wodne, węże oraz liczne ssaki, ze względu na sposób odżywiania się (bezkręgowce wodne, ryby, płazy), narażone są na zatrucie związkami PCB. Ponadto toksyny mogą przemieszczać się, gdy osad na dnie rzeki wzbudzany jest po nawalnych opadach deszczu lub przy topnieniu pokrywy śnieżno-lodowej. W tym przypadku związki te są transportowane w dół rzek aż do ujścia, gdzie stanowić mogą zagrożenie dla morskiego ekosystemu przybrzeżnego.

Dlaczego akurat w swoich badaniach naukowych wykorzystywała Pani te konkretne rośliny, czyli warzywa dyniowate, takie jakie cukinia czy ogórek? 

Przez długi czas sądzono, iż rośliny nie są w stanie efektywnie pobierać związków hydrofobowych (tj. nierozpuszczalnych w wodzie, takich jak PCB). Tym samym uznawano za bezzasadne, by stosować je do usuwania tychże związków ze środowiska. Dopiero w roku 1994 zaprezentowano pierwsze doniesienia wskazujące, iż dyniowate (m.in. popularny i powszechnie znany ogórek czy cukinia) charakteryzują się unikalną, na tle innych roślin, zdolnością do poboru takich zanieczyszczeń, ich transportu i akumulacji w tkankach nadziemnych (tj. łodygach i liściach). Stąd też wynika moje zainteresowanie właśnie tą rodziną. Warto podkreślić że rośliny z tej rodziny charakteryzują się też szybkim wzrostem i wysokim przyrostem biomasy, co sprawia ze są one idealnymi roślinami modelowymi w badaniach fitoremediacyjnych.

Czy możliwa jest uprawa roślin jadalnych na glebie zawierającej bifenyle? 

Wszystko zależy od podejścia i naszych potrzeb, tj. czy chcemy produkować bezpieczną żywność na obszarach skażonych, czy też zmaksymalizować akumulację zanieczyszczeń w roślinach, a tym samym oczyścić dany obszar. W trakcie realizacji badań w USA miałam przyjemność spotkać prof. Inui'ego z Universytetu w Kobe w Japonii, który zajmuje się m.in. regulacją ekspresji genów odpowiedzialnych za akumulację związków organicznych u dyniowatych. Prof. Inui, po zapoznaniu się z uzyskanymi przeze mnie wynikami oraz moją wizją rozszerzenia badań o aspekty molekularne, zaproponował współpracę ukierunkowaną właśnie na analizę możliwości sterowania procesem poboru i akumulacji PCB przez dyniowate - tak by w zależności od potrzeb możliwa była uprawa roślin jadalnych na terenach zanieczyszczonych PCB (wyciszenie ekspresji genów) lub zastosowanie roślin w celach remediacyjnych poprzez wzmocnienie ich potencjału do poboru i akumulacji PCB (indukcja ekspresji genów). Oczywiście drugi wariant, ze względu na akumulacje zanieczyszczeń w tkankach roślin, wyklucza możliwość ich spożywania. Badania, o których mówię, będą realizowane w Japonii w ramach stażu finansowanego przez Kobe University, który zaczynam w lutym 2021 roku.    

Jak stypendium NAWA wpłynęło na Pani rozwój naukowy? 

Dzięki stypendium NAWA w ramach Programu im. Bekkera miałam możliwość pracy w gronie naukowców o międzynarodowej renomie, w jednym z wiodących ośrodków w USA, zajmujących się chemią środowiska. Moim bezpośrednim przełożonym był prof. Kannan, który za swoje osiągnięcia naukowe i wkład w dziedzinę biomonitoringu i oceny narażenia środowiskowego otrzymał szereg nagród. Co więcej, znalazł się on wśród jednego procenta najczęściej cytowanych badaczy w dziedzinie chemii środowiska. Praca z tak znakomitym badaczem oraz liczne kontakty i dyskusje z naukowcami pracującymi na co dzień w NYSDOH czy też wizytującymi tę jednostkę, pozwoliły mi zweryfikować i rozszerzyć moje spojrzenie na dziedzinę, którą się zajmuję. 

Stypendium przyczyniło się do umiędzynarodowienia moich badań i kontaktów naukowych, a tym samym ugruntowało moją pozycję naukową w dziedzinie fitoremediacji i chemii środowiska. Efektem tego jest podniesienie rangi moich badań i widoczności publikowanych wyników na arenie międzynarodowej. Do teraz, w ramach współpracy z ośrodkiem w USA, opublikowaliśmy pięć artykułów w renomowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym i planujemy kolejne. Stypendium przyczyniło się również do nawiązania współpracy z innymi ośrodkami i naukowcami, m.in. z ośrodkiem w Japonii, czego efektem jest uzyskane kolejnego stypendium i realizacja wspólnego projektu. 

Jeśli miałaby Pani zachęcić innych naukowców do udziału w Programie im. Bekkera, to jaka jest największa wartość z pobytu na stypendium NAWA? 

Program im. Bekkera jest niewątpliwie jednym z flagowych programów stypendialnych w Polsce umożliwiających wyjazd i realizację badań naukowych w wiodących ośrodkach naukowych na całym świecie. Stypendium daje możliwość rozwoju i poszerzenia horyzontów naukowych oraz spojrzenia na własną pracę badawczą z innej perspektywy. Uważam, iż w przypadku młodych naukowców, tuż po doktoracie, stypendium NAWA w ramach Programu im. Bekkera jest swego rodzaju trampoliną ku niezależności naukowej i realizacji badań na najwyższym poziomie, co niewątpliwe zaowocuje przyspieszeniem rozwoju kariery naukowej. Natomiast w przypadku doświadczonych naukowców, po habilitacji czy też profesurze, stypendium staje się idealnym środkiem do ugruntowania pozycji w świecie nauki i realizacji międzynarodowych, interdyscyplinarnych projektów badawczych czy też długofalowej współpracy z ośrodkiem przyjmującym.

Dziękujemy za rozmowę.

Dr hab. Magdalena Urbaniak, stypendystka NAWA (Zdjęcie: Archiwum dr hab. M. Urbaniak).

Dr hab. Magdalena Urbaniak jest pracownikiem Katedry UNESCO Ekohydrologii i Ekologii Stosowanej Uniwersytetu Łódzkiego oraz Europejskiego Regionalnego Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk. Jej zainteresowania naukowe skupiają się wokół zastosowania biotechnologii ekologicznych (w tym fiotechnologii) dla usuwania zanieczyszczeń organicznych ze środowiska. Dr hab. Magdalena Urbaniak jest autorem ponad 70 publikacji w wiodących czasopismach naukowych z dziedziny nauk biologicznych, w tym ponad 50 opublikowanych w recenzowanych czasopismach o zasięgu międzynarodowym. Jest także redaktorem dwóch książek i autorką kilku rozdziałów. Jej aktywność naukowa znajduje odzwierciedlenie w licznych prezentacjach na konferencjach międzynarodowych, w tym poświęconych chemii środowiska, hydrologii oraz bio-i fitoremediacji. Jej działalność w zakresie zanieczyszczeń organicznych została doceniona przez międzynarodowe instytucje naukowe, co zaowocowało jej zaproszeniem do pełnienia funkcji Członka Komitetu Naukowego międzynarodowych konferencji i sympozjów (Dioxins2018, InternationalPCB Workshop PCB; International Conference on Environmental Engineering and Management; Międzynarodowe Sympozjum w Etiopii, 2016).  Ma również duże doświadczenie w koordynowaniu i zarządzaniu interdyscyplinarnymi projektami naukowymi. Koordynowała pięć międzynarodowych i kilkanaście krajowych projektów badawczych, w tym projekty realizowane w ramach programu Polska Pomoc Ministerstwa Spraw Zagranicznych; a także projekty Iuventus Plus Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego i Sonata Narodowego Centrum Nauki - oba dedykowane młodym naukowcom (pierwszy do 35. roku życia, drugi do pięciu lat po doktoracie). Od roku 2018 realizuje projekt CHEMFELLS na Uniwersytecie Chemiczno-Technologicznym w Pradze, w Czechach. Ponadto otrzymała szereg stypendiów wyjazdowych (dwukrotnie do USA oraz do Australii, Japonii, Czech).

Dr hab. Magdalena Urbaniak swoje innowacyjne badania nad wykorzystaniem warzyw dyniowatych do oczyszczania środowiska prowadziła podczas pobytu na stypendium NAWA w ramach Programu im. Bekkera w ośrodku Departamentu Zdrowia Stanu Nowy Jork nad rzeką Hudson, jedną z najbardziej zanieczyszczonych trującymi polichlorowanymi bifenylami (PCB) rzek na świecie. (Zdjęcie: Archiwum dr hab. M. Urbaniak).

Jak dostać grant NAWA w ramach Programu im. Bekkera? 

Szczegółowe informacje o programie NAWA znajdują się TUTAJ

Zdjęcie na stronie głównej: ©Loraliu-stock.adobe.com.