プラスチック汚染は、天然の有機物よりも湖での微生物の増殖を促進します

May 18, 2023

Nature Communications volume 13、記事番号: 4175 (2022) この記事を引用

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プラスチックの破片は淡水を広範囲に汚染します。 プラスチックの非生物的および生物的分解により、従属栄養増殖に利用できる炭素ベースの基質が放出されますが、これらの新規有機化合物が微生物の代謝にどのような影響を与えるかについてはほとんど知られていません。 ここで、プラスチック製の買い物袋からの浸出水は化学的に異なり、スカンジナビアの 29 の湖からの天然有機物よりも生体利用効率が高いことがわかりました。 その結果、プラスチック浸出液を環境に関連した濃度で湖の表面水に添加すると、細菌バイオマスの獲得量が 2.29 倍増加しました。 これらの結果は、浸出水によってもたらされる溶解有機炭素の量のみに起因するものではありません。 プラスチック浸出液を使用すると、追加された炭素が天然有機物よりも入手しやすくなったため、細菌の増殖効率が 1.72 倍高くなりました。 これらの影響は、代替の、特に不安定な炭素源の利用可能性と細菌の多様性の両方によって異なります。 総合すると、我々の結果は、プラスチック汚染が水生食物網を刺激する可能性があることを示唆し、汚染緩和戦略が最も効果的である可能性がある場所を浮き彫りにしている。

淡水で広範囲に拡大し拡大するプラスチック汚染に対する微生物の反応は、生態系の代謝と食物網の健全性に影響を及ぼします1、2、3。 プラスチックは、バイオフィルム定着のための基質を提供する 4 ことに加えて、機械的、光化学的、生物学的分解中に溶存有機物 (DOM) を浸出します 5、6、7。 このプラスチック浸出液は細菌の増殖にエネルギーを提供し 8,9、食物網を通して上方に移動してより高い栄養レベルの増殖をサポートします 10。 しかし、プラスチックの浸出液は、製造中にプラスチックの柔軟性や熱安定性を高めるために合成ポリマーに添加される有毒化合物により、細菌の増殖を阻害する可能性もあります11。 これらの有毒添加物の多くは、合成ポリマーにしっかりと吸着する疎水性有機化合物であるため、細菌分解者を摂取するより高い栄養段階に悪影響を及ぼし、潜在的に生物増殖する可能性があります2。 細菌が最もよく増殖し、結果として環境からプラスチック浸出液を枯渇させる条件を決定することは、最終的には世界的なプラスチック汚染を緩和し浄化する取り組みの優先順位付けに役立ちます。

特に天然 DOM と比較した場合、淡水におけるプラスチック浸出水の分子組成と運命に関するデータはほとんど存在しません。 合成ポリマーは一般に非生分解性とみなされています12が、プラスチックには、ポリマーに機能的特性を与えるために使用される可塑剤、着色剤、酸化防止剤など、不安定で生体利用可能性のある添加剤も多く含まれています13、14、15。 これらの添加剤は、質量ベースでプラスチック破片​​の最大 70% を占める可能性があります 14,15。 最も一般的なプラスチック、つまりポリエチレンとポリプロピレン 16,17 も浮力があるため、地表水の暖かい放射線照射条件下では最も高い速度で光分解と浸出が起こります9。 その結果、プラスチック浸出液は、天然の DOM8 と比較して地表水に高濃度で蓄積する可能性があります。 この浸出液に天然の DOM よりも不安定な化合物が含まれている場合、細菌はより効率的に増殖し、栄養素を循環できるはずです 18,19。 プラスチック浸出液と天然 DOM の分子間の構造の違いも同様に、より多くの分解ニッチを提供することで細菌の増殖を促進する可能性があります 20。 これまでの研究 8、9、11 は、プラスチック浸出液に対する細菌の反応がどのように変化するかを示していますが、私たちの知る限り、DOM の分子組成がこの変化を説明できるかどうかをテストした研究はありません。 超高分解能質量分析における最近の進歩により、この問題に対処する機会が提供されています 21、22、23。

プラスチック浸出液に対するバクテリアの反応は、少なくとも 2 つの理由から水域によって異なるはずです。 まず、天然の DOM の分子組成は湖や川によって異なり 24,25 、そのため細菌のプラスチック浸出液を利用する能力に影響を与えるはずです。 世界のほとんどの湖では、DOM は比較的難燃性の化合物によって占められており 26,27、分解の機会が制限されています 20,28。 したがって、より不安定なプラスチック浸出水は、この難燃性炭素を含む湖で広く同化される可能性があります。 対照的に、浸出液は、すでに非常に不安定な DOM を持つ水域の細菌にはほとんど利益をもたらさない可能性があります。または、細菌がこれらの基質を使用するように事前に適応しているため、化学的に似ている天然 DOM と同様に使用される可能性があります 29。 第二に、細菌群集の機能構成、つまり天然 DOM を利用する細菌群の能力は、環境条件、分散履歴、確率過程の違いにより空間全体で異なります 30,31,32,33。 プラスチック浸出液から得られる DOM にも同じパターンが見られるはずです。