Аэрозольные частицы оказались источниками муравьиной кислоты в атмосфере
Ученые европейских стран с помощью нескольких масс-спектрометров и камеры с озоном и биогенным летучим органическим веществом смогли создать аэрозоль, аналогичный атмосферному, и впервые изучить реакции, происходящие в его частицах. Оказалось, что со временем, за счет взаимодействия с активными соединениями кислорода, в частицах происходят химические реакции, и они могут становиться источником муравьиной кислоты. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
Рассеивание и поглощение солнечного света аэрозолями в атмосфере Земли, а также их влияние на физические свойства облаков оказывает ощутимое влияние на климат планеты. В процессе окисления летучих биогенных и антропогенных органических веществ образуются так называемые высокоокисленные летучие органические соединения, которые играют ключевую роль в формировании и росте аэрозольных частиц. С точки зрения термодинамики, конденсация этих веществ означает необратимый переход вещества в форму частиц, а значит и снижение концентрации органических веществ в газовой фазе. В силу ограничений современных методов, до сих пор исследования процессов, происходящих с аэрозольными частицами этих веществ в реальном времени в атмосфере, не проводили. Поэтому природа происходящих химических реакций в частицах остается неизученной.
Вероника Посписилова (Veronika Pospisilova) с коллегами из Института Пауля Шеррера с помощью масс-спектрометрии проанализировала аэрозоль из высокоокисленных летучих органических соединений, образованный при озонолизе биогенного летучего органического соединения альфа-пинена. Времяпролетный масс-спектрометр с экстрактивной ионизацией электроспреем помог исследователям установить молекулярные формулы входящих в состав аэрозоля веществ при его непрерывном вводе.
Чтобы разделить процессы образования газовой фазы, конденсации и реакций органических соединений в частицах аэрозоля, ученые провели три эксперимента в тефлоновой камере. Они ввели в темную камеру около 30 ppbv (миллиардных частей по объему) альфа-пинена и избыток озона, соответствующий условиям атмосферы над финским лесом. В таких условиях аэрозоль образовался быстро и с минимальными потерями паров на стенках камеры. Реакционную смесь не трогали в течение 12 часов, лишь поддерживая нужное давление.
Состав частиц аэрозоля определяли методами времяпролетной масс-спектрометрии с экстрактивной ионизацией электроспреем и масс-спектрометрии с химической ионизацией. Первый из методов позволил определять состав частиц с разрешением в одну секунду, а второй – в 50 минут. Исследователи также следили за распределением размеров частиц и общим объемом аэрозоля. Состав газовой фазы контролировали другие три масс-спектрометра.
Полученные масс-спектры указывали на содержание мономеров С5-С10 и димеров С15-С20, из которых больше половины составили мономеры С9 и С10: аналогично сигналам в спектрах, полученных при анализе атмосферы над бореальным лесом в Финляндии в мае 2017 года. В зависимости от концентраций, от 80 до 88 процентов сигналов совпадают, оставшиеся сигналы относят к нитросоединениям и более мелким молекулам. Если состав лабораторного и природного аэрозолей совпадают, вероятно, и реакции, которые происходят в камере, также происходят и в атмосфере.
По словам авторов, их результаты показывают, какое большое влияние на эволюцию аэрозоля оказывают реакции в частицах, которые скорее всего инициируются активными соединениями кислорода, такими как пероксиды, пероксикислоты и гидропероксиды. Время жизни таких соединений внутри частиц составило от 30 до 150 минут, а как только эти соединения полностью расходовались, состав аэрозоля не изменялся в течение всего эксперимента, что может означать, что их концентрация в более старых воздушных массах меньше, чем в свежих аэрозолях. Высокая скорость и повсеместность разложения активных соединений кислорода подчеркивают важность сбора данных о составе и свойствах аэрозоля в реальном времени, а полученные кинетические параметры станут важнейшим дополнением к традиционным анализам.
Авторы также показали, что со временем частицы аэрозоля покидают образовавшиеся в них в результате реакций маленькие летучие карбоновые кислоты, основную часть которых составляет муравьиная. Это может быть объяснением завышенных данных о содержании этой кислоты в атмосфере по сравнению с теоретическими моделями, однако это еще предстоит доказать.
За счет рассеивания света аэрозольные частицы могут компенсировать повышение температуры на Земле. В 2017 году климатологи оценили корреляции между климатом и эффектом отражения света различными аэрозолями естественного происхождения. Разрабатываются модели эволюции климата при искусственном введении аэрозолей в атмосферу для снижения температуры Земли. Прошлой весной американские исследователи предложили один из таких относительно безопасных методов. Больше о глобальном изменении климата можно прочитать в нашем материале «Священная клюшка».
Алина Кротова
Предки этих видов разошлись около 6,7 миллиона лет назад
Бразильские зоологи идентифицировали необычного хищника, который попал в ветеринарную клинику в городе Вакария в 2021 году. Оказалось, что это межродовой гибрид домашней собаки и парагвайской лисицы — видов, предки которых разошлись 6,7 миллиона лет назад. Это первый пример гибридизации между собаками и дикими южноамериканскими псовыми. Как отмечается в статье для журнала Animals, скрещивание домашних собак с парагвайскими лисицами не сулит последним ничего хорошего: проникновение собачьих генов в дикую популяцию вида снизит ее приспособленность. Два года назад ветеринары из бразильского города Вакария в штате Риу-Гранди-ду-Сул встретились с очень необычным пациентом. В ветеринарную клинику Федерального университета штата поступила самка хищника из семейства псовых, которая была сбита автомобилем. Врачам так и не удалось определить его видовую принадлежность. В Риу-Гранди-ду-Сул обитает четыре вида диких псовых из клады Cerdocyonina: кустарниковая собака (Speothos venaticus), гривистый волк (Chrysocyon brachyurus), майконг (Cerdocyon thous) и парагвайская лисица (Lycalopex gymnocercus) (которая не родственна лисицам из рода Vulpes). На двух первых зверь из Вакарии не похож совсем, а двух последних напоминает формой тела, но отличается от них очень темной окраской с редкими белыми волосками. Благодаря лечению животное пошло на поправку и полностью выздоровело. Более того, если изначально самка вела себя по отношению к людям настороженно, то с течением времени постепенно начала им доверять. После выздоровления зверя перевели в природоохранный центр в городе Санта-Мария, где он в прошлом году скончался по неизвестным причинам. Команда зоологов под руководством Рафаэля Кречмера (Rafael Kretschmer) из Федерального университета в Пелотасе предположила, что странное животное из Вакарии может быть гибридом домашней собаки (Canis (lupus) familiaris) и одного из местных видов диких псовых. Чтобы проверить эту идею, исследователи еще при жизни самки взяли у нее образцы кожи и крови, провели молекулярно-генетический анализ и сравнили полученные результаты с данными о гривистых волках, майконгах и парагвайских лисицах. Кустарниковых собак в выборку не включили — хотя этот вид и встречается в штате Риу-Гранди-ду-Сул, в окрестностях Вакарии он отсутствует. Кречмер с соавторами выяснили, что у загадочного хищника 76 хромосом. Это соответствовало предположению о том, что он является гибридом первого поколения между домашней собакой (у нее 78 хромосом) и майконгом или парагвайской лисицей (у них по 74 хромосомы). Анализ участка митохондриального гена цитохромоксидазы I показал, что матерью самки была парагвайская лисица. А на четырех фрагментах ядерной ДНК исследователи обнаружили несколько участков, где одно азотистое основания из пары было унаследовано от домашней собаки, а второе — от парагвайской лисицы. Таким образом, хищник, который поступил в ветеринарную клинику Вакарии, был гибридом между самцом домашней собаки и самкой парагвайской лисицы. От отца зверь унаследовал темную окраску: по крайней мере среди 1112 изображений парагвайских лисиц из базы данных iNaturalist исследователи не обнаружили ни одного, где была бы запечатлена особь с таким же темным мехом. По словам Кречмера и его коллег, это первый пример гибридизации домашних собак с дикими южноамериканскими псовыми. Ранее были известны лишь гибриды собак с представителями того же рода, например, волками (Canis lupus), койотами (C. latrans) и обыкновенными шакалами (C. aureus). Домашняя собака и парагвайская лисица относятся к разным родам, а их предки разошлись около 6,7 миллиона лет назад. Тем не менее, это не помешало скрещиванию двух видов и появлению жизнеспособного потомства. Возможно, гибридная самка и сама смогла бы родить детенышей от одного из родительских видов, однако во время лечения ее стерилизовали. Кроме того, авторы не исключают, что в природе живут и другие гибриды между домашними собаками и парагвайскими лисицами. Скорее всего, появление необычного гибрида по крайней мере отчасти связано с человеческой деятельностью. Большинство природных экосистем в штате Риу-Гранди-ду-Сул заменены пахотными землями и пастбищами. Парагвайские лисицы неплохо приспособились к жизни в таких условиях — однако по соседству с людьми они чаще встречаются с собаками, что повышает вероятность гибридизации между двумя этими видами. В результате в популяцию лисиц попадают собачьи гены, которые снижают их приспособленность. В качестве примера можно привести гены темной окраски, делающие гибридных животных более заметными для хищников и добычи. Кроме того, тесное общение диких южноамериканских псовых с домашними собаками может привести к тому, что они начнут заражаться собачьими болезнями и паразитами. Если вам интересны дикие псовые, пройдите наш тест «Десять шакалов из десяти». В нем нужно по фотографиям отличить шакалов от других представителей семейства. По мере прохождения теста вопросы становятся сложнее, а изображения — шакальнее.