Oceaniczne mikroorganizmy w walce z odpadami tworzyw sztucznych
Wszechstronne właściwości tworzyw sztucznych sprawiają, że są one atrakcyjnym materiałem, z którego można wytwarzać cały wachlarz produktów – od odzieży po opakowania. Jednak niewłaściwe gospodarowanie odpadami tworzyw sztucznych doprowadziło do zanieczyszczenia wód oceanów, poważnie zagrażając bezpieczeństwu środowiska naturalnego. Ponadto wiemy już na pewno, że mikrodrobiny i nanodrobiny plastiku, które mogą powstać w wyniku rozkładu tworzyw sztucznych, dostają się do łańcucha pokarmowego, czyniąc szkody wśród organizmów żywych. Przyjmuje się, że tworzywa sztuczne mogą przetrwać w środowisku nawet setki lat. Jednak pojawia się coraz więcej dowodów świadczących o ważnej roli, jaką w rozkładzie tworzyw sztucznych pełnią drobnoustroje, skracając okres półtrwania plastikowych produktów.
Mikroorganizmy oceaniczne rozkładające plastik
Głównym celem finansowanego przez Unię Europejską projektu VORTEX jest identyfikacja specyficznych mikroorganizmów zdolnych do rozkładu tworzyw sztucznych oraz określenie tempa tego procesu. Aby to osiągnąć, Helge Niemann i jego zespół opracowali technikę umożliwiającą śledzenie izotopów stabilnych przy użyciu polimerów znakowanych izotopem 13C. „Umieściliśmy te polimery w środowiskach oceanicznych i monitorowaliśmy kolonizację przez drobnoustroje”, wyjaśnia uczony. Metoda ta jednoznacznie potwierdziła istnienie mikroorganizmów zdolnych do rozkładania tworzyw sztucznych w środowisku oceanicznym. Co szczególnie ważne, badanie wykazało, że konkretne mikroorganizmy, takie jak gatunek morskiego grzyba – Rhodotorula mucilaginosa, skutecznie rozkładają polietylen, zapewniając namacalne dowody na możliwość rozkładu plastiku przez drobnoustroje. Co więcej, podczas badań zidentyfikowano charakterystyczne społeczności drobnoustrojów powiązane z poszczególnymi rodzajami tworzyw sztucznych, co wskazuje na selektywny wzorzec kolonizacji i preferencje w zakresie rozkładu różnych tworzyw sztucznych. „Fizykochemiczna obróbka wstępna tworzyw sztucznych, w szczególności za pomocą światła UV, wydaje się przyspieszać rozkład, czyniąc cząsteczki polimeru bardziej podatnymi na rozkład enzymatyczny”, wyjaśnia Annika Vaksmaa, badaczka podoktorancka w zespole projektu VORTEX.
Ekologiczne implikacje rozkładu plastiku
Doświadczenia terenowe dostarczyły przekonujących dowodów na to, że drobnoustroje w biofilmach tworzących się na plastiku obecnym w oceanie mają zdolność rozkładu tworzyw sztucznych. Obserwacja ta podkreśla szersze ekologiczne implikacje rozkładu tworzyw sztucznych przez drobnoustroje. Współpraca z uczonymi zajmującymi się badaniem fizyki atmosfery umożliwiła wykrycie znacznych ilości nanodrobin plastiku w środowisku morskim przy użyciu technik spektrometrii mas, pierwotnie zaprojektowanych do pomiaru stężenia aerozoli. Odkrycie to rodzi krytyczne pytania dotyczące źródeł i losu nanodrobin plastiku w oceanach, a także ich interakcji z żyjącymi w nich drobnoustrojami. Tempo rozkładu mikroplastiku w oceanie oszacowano na kilka procent rocznie, co sugeruje istnienie naturalnej odporności oceanu na zanieczyszczenie plastikiem w dłuższych okresach. Jednak nagromadzenie odpadów tworzyw sztucznych nadal przewyższa te naturalne zdolności rozkładu, potęgując ogólny problem zanieczyszczenia. „Gdyby zanieczyszczenie plastikiem zostało zatrzymane dzisiaj, rozkład odpadów zalegających obecnie w oceanach zająłby prawdopodobnie kilka pokoleń”, podkreśla Niemann.
Przyszłe badania nad nanoplastikiem
Wybiegając w przyszłość, zespół projektu VORTEX zapowiada pracę nad mapowaniem potencjalnych mikroorganizmów rozkładających plastik w różnych siedliskach oceanicznych, a także poszukiwanie biochemicznych szlaków i enzymów biorących udział w procesie rozkładu plastiku. Uczeni wierzą, że obecne badania nad nanoplastikiem, jego pochodzeniem i powiązaniami z życiem drobnoustrojów dostarczą podstawowej wiedzy na temat losu i wpływu tych drobnych cząstek na ekosystemy morskie. „Nasze dotychczasowe odkrycia mają znaczenie nie tylko dla naukowców, ale także dla decydentów, wzywając ich do opracowania świadomych strategii przeciwdziałania zanieczyszczeniu plastikiem”, podsumowuje Niemann. Aby chronić ekosystemy oceaniczne przed zanieczyszczeniem plastikiem, należy podjąć ukierunkowane działania na różnych etapach cyklu życia tworzyw sztucznych, oparte na głębszym zrozumieniu szlaków ich rozkładu i interakcji z mikroorganizmami.
Słowa kluczowe
VORTEX, ocean, rozkład tworzyw sztucznych, zanieczyszczenie, nanoplastik, mikroorganizmy, mikroplastik, Rhodotorula mucilaginosa