Wszechobecne zagrożenie mikrodrobinami plastiku, maleńkimi cząstkami, które przenikają do każdego zakątka naszego środowiska, a nawet do naszych ciał, stanowi jedno z kluczowych pytań ekologicznych naszych czasów. Naukowcy i eksperci ds. środowiska nieustannie stają przed wyzwaniem przewidywania, gdzie te cząstki, mniejsze niż pięć milimetrów, będą się najwięcej gromadzić. Dokładna identyfikacja tak zwanych "gorących punktów" jest kluczowa dla ukierunkowania wysiłków na rzecz remediacji i łagodzenia ich szkodliwego wpływu. Niedawne badania naukowe przynoszą rewolucyjne spojrzenie na ten problem, odkrywając, że jeden, do tej pory pomijany, czynnik biologiczny odgrywa decydującą rolę w losie tych cząstek w ekosystemach wodnych.

Tajne życie koryt rzecznych: Rola biofilmu

Na dnie rzek, potoków i wzdłuż wybrzeży morskich, powierzchnie piasku i osadów nie są martwe. Są pokryte cienką, lepką warstwą znaną jako biofilm. Ta biologiczna powłoka jest tworzona przez społeczności mikroorganizmów, takich jak bakterie, algi i grzyby. Wydzielają one substancje znane jako zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS), które tworzą lepką matrycę wiążącą cząstki osadów. Chociaż długo uważano, że taka lepka powierzchnia może sprzyjać wychwytywaniu mikrodrobin plastiku, nowe badania przeprowadzone w Massachusetts Institute of Technology (MIT) pokazują coś wręcz przeciwnego. Wydaje się, że biofilm działa jak swoista "warstwa ochronna", która zmniejsza osadzanie się mikrodrobin plastiku.

Badanie wykazało, że w identycznych warunkach osady wzbogacone w biofilm zatrzymują znacznie mniej cząstek mikrodrobin plastiku. Przyczyna leży w fizycznej interakcji między cząstkami, wodą a samym podłożem. Biofilm wypełnia mikroskopijne przestrzenie między ziarnami piasku, czyniąc powierzchnię gładszą i mniej "przyczepną" dla nadchodzących cząstek. Kiedy mikrodrobina plastiku ląduje na takiej powierzchni, nie może wniknąć głębiej w osad, lecz pozostaje bardziej wyeksponowana na samej górze. Z tego powodu prąd wody znacznie łatwiej ją podnosi i unosi dalej z prądem. W przeciwieństwie do tego, nagie piaszczyste koryta działają jak pułapka, pozwalając cząstkom osadzać się głębiej między ziarnami piasku, gdzie są chronione przed prądami wodnymi i trudniej je ponownie poruszyć.

Innowacyjny eksperyment, który rzuca światło na procesy

Aby dojść do tych wniosków, badacze zaprojektowali precyzyjny eksperyment laboratoryjny. Użyli specjalnego zbiornika przepływowego, swoistego miniaturowego symulatora rzeki, którego dno było wyłożone drobnym piaskiem. W niektórych eksperymentach w piasku umieszczono również pionowe rurki z tworzywa sztucznego, które symulowały obecność korzeni, na przykład w ekosystemach namorzynowych. Kluczową częścią badania było porównanie dwóch rodzajów podłoży: jednego składającego się z czystego piasku i drugiego, w którym piasek był zmieszany z materiałem biologicznym wiernie naśladującym naturalny biofilm i jego zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe.

Podczas eksperymentu przez zbiornik przez trzy godziny pompowano wodę zmieszaną z drobnymi cząstkami plastiku. Następnie powierzchnię koryta rzecznego sfotografowano w świetle ultrafioletowym (UV). Technika ta pozwoliła cząstkom plastiku na fluorescencję, czyli świecenie, co dało naukowcom możliwość precyzyjnego i ilościowego pomiaru ich stężenia na różnych powierzchniach. Wyniki były jednoznaczne i ujawniły dwa kluczowe zjawiska wpływające na osadzanie się mikrodrobin plastiku.

Nieoczekiwani sojusznicy w walce z zanieczyszczeniem

Pierwsze zaobserwowane zjawisko było związane z turbulencją. Bezpośrednio wokół symulowanych korzeni, wzmożone wirowanie wody zapobiegało osadzaniu się cząstek, tworząc swoiste "strefy chronione". Jednak drugie, jeszcze ważniejsze odkrycie, dotyczyło wpływu samego biofilmu. W miarę wzrostu udziału symulowanego biofilmu w osadzie, ilość nagromadzonego plastiku malała.

Zespół naukowy doszedł do wniosku, że lepkie polimery z biofilmu wypełniają pory i nierówności między ziarnami piasku, pozostawiając mniej miejsca na "chwytanie" mikrocząstek. Ponieważ cząstki były bardziej wyeksponowane na powierzchni, a nie ukryte w osadzie, siły wytwarzane przez przepływ wody mogły je łatwiej ponownie podnieść i unieść. Oznacza to, że rzeka z piaszczystym lub żwirowym dnem bez znaczącej aktywności biologicznej prawdopodobnie zatrzyma znacznie większą część mikrodrobin plastiku niż rzeka, której dno jest muliste i pokryte bogatą warstwą biofilmu. Nagie obszary piaszczyste stają się więc potencjalnymi ogniskami gromadzenia się mikrodrobin plastiku, podczas gdy obszary biologicznie aktywne mają większą zdolność do samooczyszczania.

Praktyczne zastosowania: Gdzie szukać mikroplastiku?

To badanie dostarcza nieocenionego "narzędzia" dla ekologów i agencji ochrony środowiska. Daje jasne wskazówki, gdzie należy skoncentrować wysiłki w zakresie monitoringu i remediacji. Zamiast losowego pobierania próbek, teraz można z większą pewnością zidentyfikować siedliska, które są bardziej podatne na gromadzenie się tych niebezpiecznych cząstek. Na przykład, w złożonych ekosystemach, takich jak lasy namorzynowe, zewnętrzne, piaszczyste krawędzie narażone na silniejsze prądy prawdopodobnie będą miejscami o wysokim stężeniu mikrodrobin plastiku. Z drugiej strony, strefy wewnętrzne, gdzie dno jest muliste i bogate w biofilm, mogą zawierać znacznie mniej odpadów z tworzyw sztucznych.

Takie podejście pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie zasobów i ukierunkowanie środków ochronnych tam, gdzie są one najbardziej potrzebne. Identyfikacja piaszczystych regionów zewnętrznych jako potencjalnych ognisk czyni je priorytetowymi strefami monitoringu i ochrony. Co więcej, te odkrycia otwierają drzwi do nowych strategii łagodzenia zanieczyszczeń. Sugeruje się, że środki odnowy środowiska, takie jak ponowne zalesianie obszarów przybrzeżnych roślinami promującymi wzrost biofilmu, mogą aktywnie pomóc w zmniejszeniu gromadzenia się mikrodrobin plastiku w systemach wodnych. Podkreśla to potężną rolę, jaką czynniki biologiczne i fizyczne odgrywają w kształtowaniu procesów transportu cząstek, oferując rozwiązania oparte na naturze dla problemu stworzonego przez człowieka.

Źródło: Massachusetts Institute of Technology