L’inquinamento da plastica favorisce una maggiore crescita microbica nei laghi rispetto alla materia organica naturale

May 18, 2023

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4175 (2022) Citare questo articolo

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I detriti di plastica inquinano ampiamente le acque dolci. La degradazione abiotica e biotica della plastica rilascia substrati a base di carbonio disponibili per la crescita eterotrofa, ma si sa poco su come questi nuovi composti organici influenzano il metabolismo microbico. Qui abbiamo scoperto che il percolato proveniente dai sacchetti di plastica era chimicamente distinto e più biodisponibile rispetto alla materia organica naturale proveniente da 29 laghi scandinavi. Di conseguenza, il percolato plastico ha aumentato l’acquisizione di biomassa batterica di 2,29 volte quando aggiunto ad una concentrazione rilevante dal punto di vista ambientale nelle acque superficiali del lago. Questi risultati non erano esclusivamente attribuibili alla quantità di carbonio organico disciolto fornito dal percolato. La crescita batterica è stata 1,72 volte più efficiente con il percolato di plastica perché il carbonio aggiunto era più accessibile rispetto alla materia organica naturale. Questi effetti variavano sia con la disponibilità di fonti di carbonio alternative, soprattutto labili, sia con la diversità batterica. Insieme, i nostri risultati suggeriscono che l’inquinamento da plastica può stimolare le reti alimentari acquatiche ed evidenziare dove le strategie di mitigazione dell’inquinamento potrebbero essere più efficaci.

La risposta dei microbi al diffuso e crescente inquinamento da plastica nelle acque dolci ha conseguenze sul metabolismo dell’ecosistema e sulla salute della rete alimentare1,2,3. Oltre a fornire un substrato per la colonizzazione del biofilm4, la plastica rilascia la materia organica disciolta (DOM) durante la degradazione meccanica, fotochimica e biologica5,6,7. Questo percolato plastico può fornire energia per la crescita batterica8,9 ed essere trasferito verso l'alto attraverso le reti alimentari per supportare la crescita di livelli trofici più elevati10. Tuttavia, il percolato di plastica può anche ostacolare la crescita batterica a causa dei composti tossici aggiunti ai polimeri sintetici durante la produzione, ad esempio per aumentare la flessibilità della plastica e la stabilità al calore11. Poiché molti di questi additivi tossici sono composti organici idrofobici che vengono assorbiti strettamente dai polimeri sintetici, possono anche danneggiare e potenzialmente biomagnificare livelli trofici più elevati che ingeriscono i decompositori batterici2. Determinare le condizioni in cui i batteri possono crescere meglio, e di conseguenza eliminare il percolato di plastica dall’ambiente, può in definitiva aiutare a dare priorità agli sforzi per mitigare e ripulire l’inquinamento globale da plastica.

Esistono pochi dati sulla composizione molecolare e sul destino del percolato di plastica nelle acque dolci, soprattutto rispetto al DOM naturale. I polimeri sintetici sono generalmente considerati non biodegradabili12, ma la plastica contiene anche molti additivi labili e potenzialmente biodisponibili, come plastificanti, coloranti e antiossidanti, che vengono utilizzati per conferire ai polimeri le loro proprietà funzionali13,14,15. Questi additivi possono rappresentare fino al 70% dei detriti di plastica su base massa14,15. Anche le plastiche più comuni, ovvero polietilene e polipropilene16,17, sono galleggianti e quindi subiscono i più alti tassi di fotodegradazione e lisciviazione nelle condizioni calde e irradiate delle acque superficiali9. Di conseguenza, il percolato di plastica può accumularsi in concentrazioni elevate nelle acque superficiali rispetto al DOM8 naturale. Se questo percolato contiene più composti labili rispetto al DOM naturale, i batteri dovrebbero essere in grado di crescere e riciclare i nutrienti in modo più efficiente18,19. Le differenze strutturali tra le molecole del percolato plastico e del DOM naturale potrebbero aumentare in modo simile la crescita batterica fornendo più nicchie per la decomposizione20. Studi precedenti8,9,11 hanno dimostrato come la risposta dei batteri al percolato di plastica possa variare, ma, a nostra conoscenza, nessuno studio ha testato se la composizione molecolare del DOM possa spiegare questa variazione. I recenti progressi nella spettrometria di massa ad altissima risoluzione offrono ora l'opportunità di affrontare questa domanda21,22,23.

Le risposte dei batteri al percolato di plastica dovrebbero variare nelle acque per almeno due ragioni. Innanzitutto, la composizione molecolare del DOM naturale varia tra laghi e fiumi24,25, e quindi dovrebbe influenzare la capacità dei batteri di utilizzare il percolato di plastica. Nella maggior parte dei laghi del mondo, il DOM è dominato da composti relativamente recalcitranti26,27, che limitano le opportunità di decomposizione20,28. Il percolato plastico che è più labile può quindi essere ampiamente assimilato nei laghi contenenti questo carbonio recalcitrante. Al contrario, il percolato può avere scarsi benefici per i batteri nelle acque con DOM già altamente labili, oppure può essere utilizzato in modo simile al DOM naturale a cui somiglia chimicamente, poiché i batteri saranno preadattati a utilizzare questi substrati29. In secondo luogo, la composizione funzionale delle comunità batteriche, e quindi la loro capacità di utilizzare DOM naturale, varia nello spazio a causa delle diverse condizioni ambientali, delle storie di dispersione e dei processi stocastici30,31,32,33. Lo stesso schema dovrebbe essere visto anche per i DOM derivati ​​dal percolato di plastica.