Reactieve zuurstofsoorten (ROS) veroorzaken oxidatieve stress op cellulair niveau. Uit onderzoek blijkt dat op deze manier onder anderen, ze remmen het kiemvermogen van planten, cytotoxinen produceren of toxische effecten uitoefenen op ongewervelde waterdieren. Milieu-persistente vrije radicalen (EPFR) zijn potentiële voorlopers van ROS omdat ze kunnen reageren met water om deze radicale soorten te vormen. "Daarom, EPFR worden geassocieerd met schadelijke effecten op het ecosysteem en de menselijke gezondheid, " legt Gabriel Sigmund uit, de hoofdonderzoeker van het onderzoek.

"Onze studie toont aan dat deze milieu-persistente vrije radicalen in grote hoeveelheden en gedurende een lange tijdsperiode kunnen worden gevonden in houtskool dat afkomstig is van vuur, " meldt Sigmund, milieu-geowetenschapper bij het Centrum voor Microbiologie en Milieusysteemwetenschap (CMESS) aan de Universiteit van Wenen. In alle 60 houtskoolmonsters van tien verschillende branden, de onderzoekers ontdekten EPFR in concentraties die wel tien tot duizend keer hoger waren dan die welke normaal in de bodem worden aangetroffen. Anders dan verwacht, deze concentratie bleef minstens vijf jaar stabiel, zo bleek uit een analyse van houtskoolmonsters die op dezelfde locatie en over meerdere jaren na een bosbrand waren verzameld. "Hoe stabieler de milieu-persistente vrije radicalen zijn, hoe waarschijnlijker het is dat ze over langere tijd een impact zullen hebben op ecosystemen, " legt Thilo Hofmann uit, co-auteur van de studie en hoofd van de onderzoeksgroep.

Monsters van bosbranden, struikgewas en grasland verspreid over verschillende klimaten

De onderzoekers verzamelden houtskoolmonsters van branden van verschillende intensiteit in boreale, gematigd, subtropisch, en tropische klimaten. Ze beschouwden bos, struikgewas en grasland branden en, dus, ook verschillende brandstofmaterialen (hout en gras). Het oorspronkelijke materiaal en de verkolingsomstandigheden bepalen de mate van verkoling. Bijgevolg, beide hebben indirect invloed op de mate waarin EPFR wordt gevormd en hoe persistent ze zijn. "De analyses tonen aan dat de concentratie van milieu-persistente vrije radicalen toenam met de mate van carbonisatie, " Sigmund meldt. Houtachtige brandstoffen gaven de voorkeur aan hogere concentraties. de onderzoekers waren ook in staat om de stabiliteit van EPFR over meerdere jaren aan te tonen. "We nemen aan dat houtskool afkomstig van houtachtig wildvuur een wereldwijd belangrijke bron is van deze vrije radicalen en dus mogelijk ook van schadelijke reactieve zuurstofsoorten, ", vult Hofmann aan.

Internationale samenwerking over disciplines heen

"Het is onze samenwerking met collega's van de Swansea University in het Verenigd Koninkrijk die ons in staat stelt om deze zeer gedifferentieerde uitspraken te doen, " legt Sigmund uit. De natuurbrandexperts van de Universiteit van Swansea doen wereldwijd onderzoek naar de effecten van vuur op milieuprocessen zoals de koolstofcyclus en erosie. Ze hebben houtskoolmonsters van over de hele wereld verzameld en naar Wenen gestuurd voor analyse, samen met informatie over de timing, duur en intensiteit van de branden. CMESS-onderzoekers analyseerden de monsters in samenwerking met Marc Pignitter van de faculteit Scheikunde met behulp van elektronenspinresonantiespectroscopie (ESR-spectroscopie). ESR-spectroscopie maakte het mogelijk om de omgevingspersistente vrije radicalen in het bestudeerde materiaal te kwantificeren en hun aangrenzende chemische structuren te identificeren.

Vragen over gevolgen voor het ecosysteem

Het onderzoek heeft inzichten opgeleverd, maar riep ook verdere vragen op:het feit dat in het milieu hardnekkige vrije radicalen in zulke hoge concentraties voorkomen en gedurende meerdere jaren stabiel blijven, was verrassend. In toekomstige studies, de onderzoekers zijn van plan om ook te beoordelen welke gevolgen dit kan hebben voor het milieu. “In hoeverre is dit een stressfactor voor micro-organismen na een brand? Hoe beïnvloedt het een ecosysteem? De studie is een aanzet voor verder onderzoek, " meldt Sigmund.