Изменения в микробном сообществе, вызванные пластиком и цинком в качестве заменителей истирания шин

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 18684 (2022) Цитировать эту статью

1554 Доступа

1 Цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Водная среда служит поглотителем антропогенных сбросов. Значительную часть сбросов составляет износ шин, которые все чаще выбрасываются в окружающую среду, вызывая экологические катастрофы из-за их долговечности и большого количества содержащихся в них загрязняющих веществ. Основными компонентами шин являются пластик и цинк, поэтому их можно использовать в качестве заменителей истирания шин для изучения влияния на жизнь микробов. Мы исследуем экологически реалистичные концентрации пластика и цинка в сообществе пресноводных микроэукариот, используя высокопроизводительное секвенирование региона 18S V9 в течение 14-дневного периода воздействия. Помимо в целом неизменного разнообразия при воздействии цинка и нанопластиков, очевидно изменение структуры сообщества за счет цинка, но не за счет нанопластиков. Очевидно, что частицы нанопластика практически не влияют на сообщество, но воздействие цинка приводит к резким сдвигам функционального состава относительно трофического режима. Первоначально фототрофные микроорганизмы почти полностью исчезли, но фотосинтез восстановился. Однако доминирующие таксоны, осуществляющие фотосинтез, сменились с бацилляриофитов на хлорофиты. В то время как фототрофные организмы уменьшаются в присутствии цинка, миксотрофная фракция первоначально получала выгоду, а гетеротрофная фракция получала выгоду на протяжении всего периода воздействия. В отличие от стойких изменений таксонного состава, состав функционального сообщества после внесения цинка первоначально сильно разбалансирован, но возвращается к исходному состоянию.

Загрязнение – это глобально растущая проблема, вызывающая непредвиденные последствия и неисчислимый вред биоразнообразию1,2,3,4,5,6. Одним из важных источников загрязнения является истирание шин7,8. Шины содержат множество веществ, таких как технический углерод, добавки, ткань, отвердители, сера, металлы, а также стирол и бутадиен, которые являются предшественниками полистирола9,10,11,12. При истирании шины на поверхности остаются частицы, которые под действием истирания и УФ-излучения разлагаются до микро- и нанопластика4,13,14,15,16. Во время следующих сильных дождей эти частицы переносятся в водоемы (рис. 1).

Графическое изображение, показывающее, как загрязняющие вещества от истирания шин попадают в водные экосистемы. Во время движения шина изнашивается и оставляет на поверхности дороги частицы, которые в дальнейшем разлагаются на микро- и наночастицы под действием трения и УФ-излучения. Эти частицы сбрасываются с очередными обильными дождями в водные и наземные экосистемы. Там они взаимодействуют и воздействуют на микробные организмы и далее накапливаются по пищевой цепи17.

Частицы могут оставаться в окружающей среде в течение столетий, если не тысячелетий, из-за их длительного периода полураспада, обусловленного их низкой биоразлагаемостью18. Одним из наиболее важных токсичных соединений в шинах с точки зрения количества является цинк, т.е. шины содержат около 1% цинка19. Некоторые побочные эффекты уже описаны20,21,22,23,24, но общее воздействие на микроэукариотические сообщества еще недостаточно изучено5,25,26,27,28,29, поскольку воздействие нано- и микрочастиц и связанных с ними токсичных веществ в основном неизвестно30.

Кроме того, в отношении истирания шин неясно, в какой степени потенциальные эффекты вызваны нанопластиками или токсичными соединениями, адсорбированными или внедренными в частицы нанопластика4,7,8,13,28,31,32,34,35,32.

Вероятно сильное воздействие на сообщества микроэукариот, поскольку вероятно как прямое, так и косвенное вредное воздействие через физический контакт, фагоцитоз, питание и накопление через пищевую сеть37,38,39,40. Сдвиг в бактериальных сообществах был показан Fu et al. предполагая косвенное воздействие на микроэукариоты, т.е. через пищевые взаимодействия41,42. Известно, что воздействие микро- и нанопластики усиливается с уменьшением размера частиц43,44,45,46,47. Нанопластики могут проникать в липидные мембраны48, что приводит к перекисному окислению липидов49 и разрушению клеточных мембран в результате прямого контакта, физического прокалывания, плазмолиза и физиологического стресса20,50,51,52,53,54. Кроме того, было показано, что нано- и микропластики вызывают снижение содержания хлорофилла и фотосинтетической активности в культурах микроводорослей независимо от ингибирования роста и эффектов затенения43,52,55,56. Основные эффекты разнообразны: от снижения поглощения CO2 до увеличения производства активных форм кислорода (АФК), искажения тилакоидов и отрицательного воздействия на гены фотосинтеза43,52,55,56.