Σχετικά με τα απόβλητα πλαστικών στη θάλασσα, βρίσκει μοναδικά μικροβιακά πλήθη

Στη μέση του Ειρηνικού Ωκεανού, αρκετές εκατοντάδες μίλια από τη Χαβάη, βρίσκεται ένα στροβιλιζόμενο καζάνι απορριμμάτων πλαστικού που αυξάνεται σταθερά από τα μέσα της δεκαετίας του 1980. Ονομάστηκε το Great Pacific Garbage Patch, είναι μια άσχημη απόδειξη της κλίμακας της καλλιέργειας μιας χρήσης — αλλά είναι επίσης ένα ενεργό έδαφος αναπαραγωγής για νέες ποικιλίες μονοκύτταρης ζωής.

Μαζί με τους συναδέλφους στο ερευνητικό σκαρί Tara , η ωκεανογράφος Maria-Luiza Pedrotti του Εθνικού Κέντρου Επιστημονικής Έρευνας της Γαλλίας (CNRS) καταδιώκει τους μυστηριώδεις κατοίκους αυτού που αποκαλεί «πλαστίσφαιρα». Στόχος της είναι να καταλάβει ποια είδη μικροβίων κατοικούν σε αυτό το πρόσφατα εξελιγμένο οικοσύστημα και ποιες βιολογικές εργασίες εκτελούν. Πέρα από αυτό, θέλει να μάθει πώς επηρεάζουν τον ευρύτερο θαλάσσιο τροφικό ιστό και — κατ' επέκταση — την ανθρώπινη υγεία.

Η έρευνα της Pedrotti για τα μικρόβια Great Pacific Garbage Patch βρίσκεται σε εξέλιξη, αλλά η προηγούμενη μελέτη της για τα μπαλώματα σκουπιδιών στη Μεσόγειο και αλλού έχει ήδη αποκαλύψει ορισμένες ξεχωριστές ιδιότητες μικροβίων που ευδοκιμούν στα απόβλητα πλαστικά. Τα πλαστικά θραύσματα που αποτελούν τον πολτό που μοιάζει με κομφετί των μπαλωμάτων, λέει ο Pedrotti, φιλοξενούν μεγάλες ποσότητες βακτηρίων από το γένος Vibrio , το οποίο περιλαμβάνει ανθρώπινα παθογόνα όπως η χολέρα. Μελέτες αλλού έχουν προτείνει άλλους κινδύνους που παρασκευάζονται μέσα στην πλαστίσφαιρα. Νωρίτερα φέτος, ερευνητές στο γερμανικό Ινστιτούτο Οικολογίας Γλυκών Νερών και Εσωτερικής Αλιείας Leibniz και αλλού ανέφεραν ότι τα βακτήρια που ζουν σε μικροπλαστικά έχουν πολύ υψηλά ποσοστά ανταλλαγής γονιδίων, ίσως λόγω της γενναιόδωρης επιφάνειας στην οποία τα πλαστικά δίνουν στα μικρόβια να αναπτυχθούν. Αυτή η ταχεία ανταλλαγή γονιδίων διευκολύνει την εξάπλωση της αντίστασης στα αντιβιοτικά, η οποία θα μπορούσε τελικά να επηρεάσει κατοίκους της γης όπως εμείς.

Τέτοια ευρήματα έχουν ανησυχήσει τους οικολόγους και τους ειδικούς σε μολυσματικές ασθένειες. Αλλά η απαλλαγή από τα σκουπίδια των ωκεανών δεν είναι τόσο απλή όσο η ανάπτυξη σκαφών καθαρισμού, σύμφωνα με τον Pedrotti. Πρώτον, δεν γνωρίζουμε ακόμη πόσο στενά έχουν αλληλεπιδράσει το μικροβιακό σύστημα του μπαλώματος σκουπιδιών και ο μεγαλύτερος τροφικός ιστός:Η εξάλειψη της πλαστικόσφαιρας θα μπορούσε να έχει απρόβλεπτες επιπτώσεις στο οικοσύστημα των ωκεανών ως σύνολο. Και σε κάποιο βαθμό, το ζήτημα του καθαρισμού είναι αμφιλεγόμενο, επειδή είναι αδύνατο να αφαιρεθεί ακόμη και ένα σημαντικό κλάσμα του πλαστικού από τον ωκεανό. Μεγάλο μέρος του είναι μικροσκοπικού μεγέθους και δεν μπορεί να συλληφθεί ακόμη και με δίχτυα με λεπτό πλέγμα.

Αλλά ακόμα κι αν είμαστε κολλημένοι με πλαστικά μπαλώματα σκουπιδιών για το άμεσο μέλλον, αυτά που μαθαίνουμε από τους κατοίκους της πλαστικής σφαίρας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξουδετέρωση των χειρότερων επιπτώσεων των μπαλωμάτων. Γάλλοι επιστήμονες που μελετούν την περιοχή σκουπιδιών του Βόρειου Ατλαντικού βρήκαν υψηλή συγκέντρωση μικροβίων ικανών να αφομοιώσουν πλαστικά για ενέργεια και η έρευνα του Pedrotti επιβεβαιώνει την παρουσία τέτοιων μικροβίων. Αυτό σημαίνει ότι οι κάτοικοι των μπαλωμάτων σκουπιδιών θα μπορούσαν ενδεχομένως να αξιοποιηθούν για να υποβαθμίσουν τουλάχιστον μερικά επιπλέοντα υπολείμματα.

Ωστόσο, η ιδανική λύση θα περιελάμβανε την οριστική αναχαίτιση της παλίρροιας των πλαστικών απορριμμάτων, καθιστώντας την πλαστικόσφαιρα απλώς ένα παράθυρο στο χρονοδιάγραμμα της εξέλιξης. «Έχω ένα όνειρο», είπε ο Romain Troublé, εκτελεστικός διευθυντής του Ιδρύματος Tara Expeditions. «Σε έναν αιώνα από τώρα, οι γεωλόγοι θα δουν αυτό το πλαστικό στρώμα, όταν ο άνθρωπος καινοτόμησε το πλαστικό, και [μέχρι] το 2050, δεν θα υπάρχει άλλο».

Quanta  επιβιβάστηκε στο Tara  κατά τη διάρκεια μιας πρόσφατης ενδιάμεσης στάσης στο Πόρτλαντ του Όρεγκον, για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την προσπάθεια του Pedrotti να κατανοήσει την πλαστική σφαίρα. Η συνέντευξη έχει υποστεί επεξεργασία και συμπύκνωση για λόγους σαφήνειας.

Τι σας ενέπνευσε να μελετήσετε τις μικροβιακές κοινότητες των πλαστικών μπαλωμάτων σκουπιδιών στον ωκεανό;

Έκανα το διδακτορικό μου. εργάζονται για τη διασπορά προνυμφών από αχινούς. Άλλαξα και ασχολήθηκα με τη βακτηριακή ποικιλομορφία σε αδρανή και σε ένα από τα έργα μου, δούλεψα σε ίνες από μονάδες επεξεργασίας απορριμμάτων. Το 2014 συντόνισα μια αποστολή που εργαζόταν πάνω στο πλαστικό. Όταν ο Romain [Troublé] μου πρότεινε αυτό το πόδι της Tara  Ειρηνική αποστολή, είπα, "Ναι, κανένα πρόβλημα!"

Στην Tara , πώς συλλέγετε δείγματα από το Great Pacific Garbage Patch και πώς αναλύονται αυτά τα δείγματα μόλις φτάσουν πίσω στη στεριά;

Για αυτό το πείραμα, συλλέγουμε πλαστικά με ένα δίχτυ Manta [μια συσκευή συλλογής με λεπτό πλέγμα που χρησιμοποιείται ενώ το σκάφος βρίσκεται σε κίνηση]. Μπορούμε να εκτιμήσουμε την κατηγορία μεγέθους μεγαλύτερη από 300 μικρά. Παρακολουθούμε με 3 κόμβους γιατί χρειαζόμαστε πολύ ήρεμες συνθήκες.

Στο Great Pacific Garbage Patch, αναπτύξαμε πολλά Mantas. Το ένα είναι για γονιδιωματική ανάλυση, ένα για την αξιολόγηση της χωρικής κατανομής των θραυσμάτων και ένα άλλο είναι για τον εντοπισμό όλων των ειδών βιοποικιλότητας που σχετίζονται με το πλαστικό. Αναπτύξαμε έως και πέντε δίχτυα Manta την ημέρα, οπότε περάσαμε όλη την ημέρα κάνοντας αυτό και ταξινομώντας πλαστικά. Για μια ρίψη του διχτυού Manta, μια ρίψη 30 λεπτών, θα βρίσκαμε 500 θραύσματα πλαστικού.

Τοποθετούμε τα πλαστικά σε σωληνάρια για γονιδιωματική αλληλουχία. Αναλύουμε την αλληλουχία του ριβοσωμικού RNA 16S και 18S [το οποίο είναι απαραίτητο για τη σύνθεση πρωτεϊνών] για συγκεκριμένα βακτήρια. Κάνουμε επίσης μεταγονιδιωματική ανάλυση με το Genoscope [το γαλλικό Εθνικό Κέντρο Αλληλουχίας]. Μας δίνει ολόκληρη την εικόνα — τις ελεύθερες κοινότητες μικροβίων και τις κοινότητες που σχετίζονται με πλαστικά συσσωματώματα. Ο εντοπισμός ειδών που σχετίζονται με πλαστικά θα καταστήσει δυνατό τον προσδιορισμό των ζωνών αποικισμού βακτηρίων και την καλύτερη κατανόηση της διασποράς ξένων, τοξικών και παθογόνων ειδών.

Η πλειονότητα του πλαστικού που βρήκαμε στη Μεσόγειο είναι πολυαιθυλένιο και πολυπροπυλένιο, δύο βασικά συστατικά της συσκευασίας. Θα σαρώσουμε επίσης δείγματα από το Great Pacific Garbage Patch για να δημιουργήσουμε μια αναλογία πλαστικού προς πλαγκτόν, σαν δείκτης της κατάστασης του περιβάλλοντος. Εάν υπάρχει περισσότερο πλαστικό από πλαγκτόν, τα ψάρια θα λιμοκτονήσουν επειδή τρώνε το πλαστικό αντί για το πλαγκτόν. Σε αυτόν τον τομέα, η αναλογία είναι πολύ, πολύ υψηλή. Προηγούμενες μελέτες βρήκαν ότι υπάρχει περίπου ένα κιλό πλαγκτόν για κάθε έξι κιλά πλαστικού.

Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται το Great Pacific Garbage Patch, συχνά φαντάζονται κάτι ορατό, όπως ένα νησί. Πώς είναι πραγματικά να είσαι στη μέση της ενημέρωσης κώδικα;

Το Great Pacific Garbage Patch δεν είναι ένα νησί που μπορείτε να καθαρίσετε με σκουπίδια. Είναι απλώς πολλά μικροπλαστικά απλωμένα σε μια πολύ μεγάλη περιοχή και μια πολύ μικρή συγκέντρωση πλαγκτόν. Δημοσιεύσεις για το Great Garbage Patch έχουν περιγράψει την παρουσία μακροπλαστικών [πλαστικά θραύσματα συνήθως μεγαλύτερα από πέντε χιλιοστά], αλλά βρήκαμε κυρίως μικροπλαστικά. Μετρήσαμε μερικά μεγάλα αντικείμενα, αλλά όχι πολλά σε σχέση με την έκταση του μπαλώματος σκουπιδιών.

Όταν το δείγμα φτάνει στο σκάφος, έχουμε πολλά μικροπλαστικά — δεν μπορώ να δώσω έναν όρο [για να το περιγράψω]. Χρησιμοποιούμε "σούπα", αλλά, ξέρετε, είναι μια φτωχή σούπα, επειδή υπάρχει πολύ πλαστικό και λίγο πλαγκτόν.

Πώς είναι διαφορετική η μικροβιακή κοινότητα στα μπαλώματα σκουπιδιών των ωκεανών από αυτά που βρίσκονται αλλού στον ωκεανό;

Τα μικρόβια που συνδέονται με τα πλαστικά είναι μια ξεχωριστή βιολογική κοινότητα με διαφορετικά φυσικά [και] χημικά χαρακτηριστικά από τα μικρόβια που ζουν ελεύθερα. Τα μικρόβια εκμεταλλεύονται πραγματικά το ότι βρίσκονται στην επιφάνεια των πλαστικών - είναι πολύ ευκαιριακά. Όταν δεν έχουν διαθέσιμο υπόστρωμα, παραμένουν σε αδρανή κατάσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα. Αλλά όταν βρίσκουν ένα υπόστρωμα όπως το πλαστικό, αναπτύσσονται πολύ. Στη Μεσόγειο Θάλασσα, βρήκαμε πολλά βενθικά κυανοβακτήρια σε πλαστικά. Αυτά τα κυανοβακτήρια είναι νηματοειδή και συχνά ζουν στα βαθιά. Έχουν την ικανότητα να προσαρμόζονται σε πολύ διαφορετικά περιβάλλοντα. Μπορούν να προσαρμοστούν σε διαφορετικές συγκεντρώσεις θρεπτικών ουσιών επειδή είναι σε θέση να δεσμεύουν το άζωτο.

Στη Μεσόγειο, ανακαλύψαμε επίσης ότι τα βασικά είδη βακτηρίων στο πλαστικό ειδικεύονταν στην αποικοδόμηση υδρογονανθράκων. Το πλαστικό είναι ένα πολυμερές, που αποτελείται από μια αλυσίδα μονομερών. Αυτό που κάνουν αυτά τα βακτήρια είναι να χρησιμοποιούν τον άνθρακα στα μονομερή [για ενέργεια] — αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο αναπαράγονται.

Γενικά, οι λειτουργίες των μικροβιακών κοινοτήτων [στο πλαστικό] θα είναι η δέσμευση αζώτου, η μεταφορά γονιδίων και η αποικοδόμηση του πλαστικού. Στα αποτελέσματά μας, τα βακτήρια που συνδέονται με το πλαστικό είναι αυτά που μπορούν να αποικοδομήσουν τους υδρογονάνθρακες.

Οι παθογόνοι οργανισμοί συνδέονται επίσης με το πλαστικό, επομένως θα αξιολογήσουμε τη δυνατότητα επιβλαβών μικροβιακών ταξινομικών κατηγοριών. Εργάστηκα σε ένα έργο όπου οι συνάδελφοί μου βρήκαν το Vibrio  γονίδιο στον Βόρειο Ατλαντικό όπου συσχετίστηκε με μικροπλαστικά στον Βόρειο Ατλαντικό. Βρήκαν το Vibrio  όλη την ώρα, μια ομάδα βακτηρίων συμπεριλαμβανομένων εκείνων που προκαλούν χολέρα. Τα περισσότερα θαλάσσια βακτήρια είναι ακίνδυνα, αλλά πολλά είδη μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες σε ανθρώπους και ζώα.

Πώς πιστεύετε ότι θα συγκριθούν τα αποτελέσματα από το έργο Great Pacific Garbage Patch με αυτά από το έργο σας στη Μεσόγειο;

Θα συγκρίνουμε το μεσογειακό σύστημα με το σύστημα του Ειρηνικού για να δούμε αν έχουμε το ίδιο είδος μικροβιακής προσκόλλησης [στο πλαστικό]. Είναι ένας κοινός μηχανισμός ή είναι ένας συγκεκριμένος μηχανισμός για τη Μεσόγειο;

Στη Μεσόγειο, η ποικιλομορφία στα πλαστικά είναι μεγαλύτερη από την ποικιλομορφία των ελεύθερων βακτηρίων. Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον. Πώς μπορούν τα βακτήρια να χρησιμοποιήσουν αυτά τα πλαστικά; Γιατί είναι μεγαλύτερη η ποικιλομορφία; Ίσως επειδή τα βακτήρια είναι εξειδικευμένα για κάποιο είδος υποστρωμάτων και μπορούν να χρησιμοποιήσουν πλαστικά ως υπόστρωμα. Ένας άλλος συνάδελφος, ένας μαθητής, έκανε ένα πείραμα που μας δείχνει ότι τα βιοφίλμ ξεκινούν από υποβαθμισμένο πλαστικό. Είναι πολύ δύσκολο να ξεκινήσεις με νέο πλαστικό. Τα μικρόβια χρειάζονται αυτό το είδος υποβαθμισμένης επιφάνειας για να αποικιστούν.

Πώς αλληλεπιδρούν τα μικρόβια σε μπαλώματα σκουπιδιών στον ωκεανό με την υπόλοιπη τροφική αλυσίδα των ωκεανών; Θα μπορούσαν αυτές οι αλλαγές να επηρεάσουν τελικά τους ανθρώπους;

Το σύστημα της πλαστικής σφαίρας φιλοξενεί τοξικά μικροβιακά είδη. Υπάρχει πολύ από αυτό το πλαστικό στα στρείδια ή τα μύδια — αν τρώτε στρείδια απευθείας, τρώτε και το στομάχι. Εάν υπάρχουν παθογόνα [μικρόβια], η μεταφορά είναι άμεση όταν τρώτε τροφοδότες φίλτρου.

Μια άλλη απειλή είναι ότι οι τροφοδότες φίλτρου [ψάρια που τρώνε στραγγίζοντας μικρούς οργανισμούς όπως το κριλ από το θαλασσινό νερό] μπερδεύουν το λεπτό πλαστικό με το πλαγκτόν — αν είστε ψάρι, δεν μπορείτε να τα χωρίσετε. Με την κατάποση πλαστικού, τα ψάρια θα λιμοκτονήσουν και η τροφική αλυσίδα θα επηρεαστεί. Όλα είναι συνδεδεμένα.

Νωρίτερα φέτος, Γερμανοί ερευνητές ανέφεραν ότι τα βακτήρια που ζουν σε μικροπλαστικά έχουν ασυνήθιστα υψηλές τιμές ανταλλαγής γονιδίων, γεγονός που προκαλεί αντοχή στα αντιβιοτικά. Πώς μπορεί αυτό να επηρεάσει το υπόλοιπο οικοσύστημα;

Εμβολίασαν το πλαστικό - συνειδητοποίησαν ένα είδος μετάλλαξης για να προσαρμόσουν τα μικρόβια σε ένα νέο περιβάλλον. Είναι συνήθως μια πολύ μεγάλη διαδικασία προσαρμογής, αλλά δείχνουν ότι αυτό μπορεί να συμβεί πολύ γρήγορα στο πλαστικό, επειδή υπάρχουν πολλές διαφορετικές ομάδες βακτηρίων.

Αυτό μπορεί να είναι επιβλαβές για την ανθρώπινη υγεία. Εάν βρίσκεστε στο Μπαγκλαντές, για παράδειγμα, και αυτά τα πλαστικά φτάνουν στο ποτάμι, μπορεί να έχετε μια κατάσταση επιδημίας, επειδή τα βακτήρια προσαρμόζονται πολύ γρήγορα.

Είναι δυνατός ο πλήρης καθαρισμός των μπαλωμάτων σκουπιδιών του ωκεανού;

Δεν είναι εφικτό, κατά τη γνώμη μου, όταν βλέπεις την έκταση του φαινομένου. Δεν μπορούμε να συλλέξουμε μικρά πλαστικά, όπως τα μικροπλαστικά, και δεν μπορούμε να είμαστε αποτελεσματικοί σε μεγάλες περιοχές. Ακόμη και το βιοδιασπώμενο πλαστικό δεν είναι καλό για τον ωκεανό. Ναι, θα μπορούσαμε να απαγορεύσουμε τις πλαστικές σακούλες και να τις αντικαταστήσουμε με βιοδιασπώμενα, αλλά δεν θα λειτουργούσε. Εάν πετάξετε βιοδιασπώμενο πλαστικό στη θάλασσα, ενδέχεται να μην βιοδιασπαστεί υπό αυτές τις συνθήκες και μπορεί να επηρεάσει τον ωκεανό.

Δεν υπάρχουν μαγικές συσκευές που μπορούν να καθαρίσουν τους ωκεανούς. Αλλά ο καθαρισμός των παράκτιων περιοχών, σε τοπικό επίπεδο, είναι μια πολύ καλή λύση, διότι βοηθά στην αφαίρεση των πλαστικών πριν εισέλθουν στο ευρύτερο ωκεάνιο οικοσύστημα.

Ακόμα κι έτσι, ορισμένοι επιστήμονες — συμπεριλαμβανομένης της ομάδας σας — πιστεύουν ότι τα μικρόβια μπαλωμάτων σκουπιδιών μπορούν να μας διδάξουν κάτι πολύτιμο σχετικά με τον τρόπο διάσπασης των απορριμμάτων.

Η ιδέα είναι ότι ίσως θα είναι μια λύση για να σταματήσει η ρύπανση. Τα βακτήρια και οι μύκητες έχουν την ικανότητα να αποικοδομούν αποτελεσματικά το πολυαιθυλένιο, το πολυπροπυλένιο και άλλα πολυμερή. Αυτό που κάνουν τα βακτήρια είναι να απελευθερώνουν ένζυμα για να κόψουν τα πολυμερή σε μονομερή.

Πώς σκοπεύετε να εξερευνήσετε τη λειτουργία της πλαστικόσφαιρας τα επόμενα χρόνια;

Τα πλαστικά μπορούν να διευκολύνουν τον μικροβιακό αποικισμό και να είναι φορείς πιθανών εισβολέων, επιβλαβών φυκών και παθογόνων στη θάλασσα. Η κατανόηση αυτού είναι το πρώτο βήμα, αλλά το δεύτερο είναι να προσπαθήσουμε να καλλιεργήσουμε τους οργανισμούς που είναι προσκολλημένοι στο πλαστικό.

Χρειαζόμαστε περισσότερη έρευνα. Δεν υπάρχουν μελέτες για μικροβιακές κοινότητες που σχετίζονται με το πλαστικό. δεν καταλαβαίνουμε ακριβώς πώς αυτά τα μικρόβια επηρεάζουν την οικολογία των ωκεανών παγκοσμίως. Για να είμαστε αξιόπιστοι, πρέπει να είμαστε ταπεινοί.