Не секрет, что пластиковое загрязнение в наше время носит глобальный
характер. Пластик находят в водах всех океанов и на любых глубинах, — от
Северного Ледовитого океана до берегов Антарктиды. Под воздействием
ветра, волн, света и кислорода крупные фрагменты пластика истираются,
образуя мелкие фракции вплоть до микро- и наночастиц. Они практически не
поддаются учету, однако представляют, по многим оценкам, наибольшую
опасность для всего живого.
Движущей силой фрагментации пластика наряду с абиотическими факторами
могут быть и биотические. Поскольку понимание процессов биодеградации
и биологической деполимеризации пластика является важным, в данной работе
был предложен новый методологический подход для изучения роли
пищеварительных ферментов морских беспозвоночных в биодеградации пластика.
Сейчас на фоне растущего количества исследований, посвящённых
распространению и систематизации пластикового загрязнения
в Мировом океане, и экспериментальных работ по определению вреда,
наносимого микро- и нанопластиком различным живым организмам,
появляется всё больше публикаций о биотической деградации пластика
(биодеградации). Процесс приводит к трансформации пластика,
последствия которой ещё предстоит изучить.
Согласно современным научным представлениям, биодеградация — это
сложное физико-химическое превращение полимера в более мелкие
молекулы с участием живых организмов. Традиционно этот процесс
включает последовательные взаимосвязанные стадии: биодеградацию,
биофрагментацию, биоассимиляцию и биоминерализацию. Деградация
полимеров определяется гибкостью или подвижностью молекулярной цепи,
которая усиливается при введении дополнительных функциональных групп,
особенно кислородсодержащих. Такая окислительная деструкция приводит к
изменениям в полимерных цепях, включая снижение гидрофобности,
увеличение межцепочечного объема и биодоступности для ферментов,
изменение кристалличности и т.д.
Дальневосточные учёные в совместной работе двух ведущих
учреждений – Тихоокеанского океанологического института им. В.И.
Ильичёва ДВО РАН и Национального научного центра морской биологии им.
А.В. Жирмунского ДВО РАН поставили целью выяснить и оценить
возможность ферментативной биодеградации полиэтиленовых фрагментов в
гомогенате пищеварительных желез морских беспозвоночных. Они
различаются по способу питания (чёрный морской еж Strongylocentrotus
nudus, морская звезда гребешковая патирия Patiria pectinifera и
приморский гребешок Mizuhopecten yessoensis).
Морские ежи – обитатели каменистых участков многих морей, очень
широко распространены во всех дальневосточных морях России. Все
морские ежи – всеядные животные, питаются они илом и теми мелкими
животными и водорослями, которых смогут соскрести с камней и любых
твердых предметов. Поэтому их ротовой аппарат – Аристотелев фонарь —
скелетного происхождения, весьма мощный, занимает центральную часть
полости тела ежа и состоит из 25 косточек, соединенных мышцами. Пять из
этих косточек мощные, долотообразные, расположены вокруг рта и
выполняют функцию скребущих зубов.
Роль морских звезд в морских сообществах значительна в силу их
большой численности. Будучи хищниками, они могут влиять на обилие своих
жертв – разных моллюсков, балянусов, многощетинковых червей полихет.
Всего в заливе Петра Великого Японского моря обитает порядка 10 видов
морских звезд. Чаще всего мы можем встретить у берега именно Патирию
гребешковую, звезду с короткими лучами синего цвета с рассыпанными по
спинной поверхности красно-оранжевыми пятнами. Эти небольшие звезды
образуют многочисленные скопления на дне, особенно в июле–августе в
период их массового нереста. В живом состоянии звезды ни для кого не
служат пищевым объектом и по этой причине практически неуязвимы.
Приморский гребешок (фото Александра Ратникова)
Являясь консументами второго порядка, таким образом находятся у вершины
«пищевой пирамиды» моря. Излюбленная пища морских звезд —
двустворчатые моллюски, как прикрепленные (мидии, устрицы) так и
подвижные (гребешки, литорины и др.). Ползая по дну со скоростью в
несколько сантиметров в минуту, звезда обнаруживает свою добычу —
моллюска — по запаху. Морские гребешки по способу питания являются
фильтраторами, получая пищу из толщи воды и очищая её таким образом от
взвешенных частиц. Питаются планктонными организмами, извлекая их из
воды и засасывая в свою мантийную полость, основной компонент пищи –
детрит, насыщенный различными организмами и продуктами их выделения с
содержащимися микроорганизмами. Мощная фильтрационная способность
скоплений моллюсков характеризует их как важных биофильтраторов и
очистителей прибрежных вод. Важность гребешков как ценных
промысловых объектов в тихоокеанских водах обуславливает значительный
научный интерес к ним.
В работе данные были получены с помощью метода инфракрасной
спектроскопии с преобразованием Фурье на приборе IRAffinity-1S
(Shimadzu). Этот метод анализа функциональных групп полимерной цепи
позволяет не только идентифицировать тип полимера, но и выявить
изменения в его структуре. С помощью этого метода учёные
зарегистрировали существенные изменения в ИК спектрах фрагментов
полиэтилена и полипропилена после обработки гомогенатами
пищеварительной железы чёрного морского ежа S. nudus и звезды
гребешковой патирии P.pectinifera, а также в гомогенатах пищеварительной
железы и кристаллического стебелька приморского гребешка M. yessoensis.
Патирия гребешковая (фото Александра Ратникова)
В статье, опубликованной учёными ТОИ ДВО РАН чуть ранее, в
феврале 2024 г., использован иной тип полимера и к пищеварительной
железе использовали гомогенат кристаллического стебелька приморского
гребешка. Результаты, полученные учёными на примере M. yessoensis,
позволяют предположить, что с экологической точки зрения морские
растительноядные фильтрующие беспозвоночные могут ускорять процесс
биодеградацию искусственных полимеров. Это исследование даёт основание
для переосмысления характера взаимоотношений между морскими
организмами и и микропластиком, загрязняющим морскую среду.
«Для оценки степени окислительной деструкции полимерной цепи
пластиков, наблюдаемой в наших экспериментальных условиях мы
количественно рассчитали содержание функциональных групп и
представили их в виде соответствующих индексов: CI (карбонильный), HI
(гидроксильный) и COI (карбоксильный). В целом, весь комплекс изменений,
обнаруженный в экспериментальных образцах пластика, свидетельствует об
окислительной деструкции полимерных цепей, что можно рассматривать в
качестве первого этапа процесса его биодеградации.
Поскольку в пищеварительном тракте морских беспозвоночных
присутствуют сообщества специфических симбиотических микроорганизмов,
остаётся вероятность того, что их ферменты участвуют в биодеградации
пластика. Дальнейшие исследования в этом направлении должны быть
направлены на установление роли симбиотических микроорганизмов в
биодеградации пластика», — прокомментировал доктор биологических наук,
заведующий Лабораторией морской экотоксикологии Тихоокеанского
океанологического института им. В.И. Ильичёва ДВО РАН В.П. Челомин.
Работа опубликована в журнале PeerJ.
Фото на обложке: патирия гребешковая (фото Дмитрия Рудася)
Все фото предоставлены ННЦМБ ДВО РАН
Нет комментариев