Пластисфера состоит из экосистем, эволюционировавших, чтобы обитать в искусственно созданной пластиковой среде. Весь пластик, накопленный в морских экосистемах, наиболее заметным загрязнителем которых является микропластик, служит средой обитания для различных типов микроорганизмовZettler, Erik R.; Mincer, Tracy J.; Amaral-Zettler, Linda A. (2013). «Life in the 'Plastisphere': Microbial Communities on Plastic Marine Debris». Environmental Science & Technology. 47 (13): 7137-7146. doi:10.1021/es401288x.Kirstein, I. V., Wichels, A., Gullans, E., Krohne, G., & Gerdts, G. (2019). The Plastisphere — Uncovering tightly attached plastic «specific» microorganisms. PLoS ONE, 14(4), 1-17. doi:10.1371/journal.pone.0215859 По оценкам ученых, в океанах плавает около 51 триллиона частиц микропластикаGaloustian G. 2022. FAU Scientists Uncover ‘Missing’ Plastics Deep in the Ocean . Что касается пластисферы, то более 1000 различных видов микроорганизмов могут обитать только в одном из этих 5-миллиметровых кусочков пластикаZettler, Erik. The "Plastisphere: " A new marine ecosystem | Smithsonian Ocean ..
Пластиковые предметы и частицы, являющиеся элементами пластикового загрязнения, действуют как более прочные «морские судна», чем биоразлагаемый материал, для переноса организмов на большие расстоянияThomas, Russell (14 June 2021). «Plastic rafting: the invasive species hitching a ride on ocean litter». The Guardian.Sahagun, Louis (27 December 2013). «An ecosystem of our own making could pose a threat». Los Angeles Times.. Такая транспортировка на большие расстояния может перемещать микробы в разные экосистемы и потенциально привносить в них инвазивные виды, а также вредные водоросли«Behold the 'Plastisphere'». Consortium for Ocean Leadership.. Микроорганизмы, обнаруженные на пластиковом мусоре, составляют целую экосистему автотрофов, гетеротрофов и симбионтов«Scientists Discover Thriving Colonies of Microbes in Ocean 'Plastisphere'» . Woods Hole Oceanographic Institution.. Виды микробов, обнаруженные в пластисфере, отличаются от таковых на других плавающих материалах, которые встречаются в природе (например, перьях и водорослях) из-за уникальной химической природы пластика и медленной скорости биоразложения. Помимо микробов, в районах океана, которые ранее были необитаемы, стали процветать насекомые. Галобатесы, например, смогли размножаться на твердой поверхности, обеспечиваемой плавающим пластикомOur Trash Has Become A New Ocean Ecosystem Called «The Plastisphere» . Gizmodo..
История
Открытие Пластисфера была впервые описана группой из трех ученых: доктора Линды Амарал-Зеттлер из Морской биологической лаборатории, доктора Трейси Минсер из и доктора Эрика Зеттлера из Zettler, Erik R.; Mincer, Tracy J.; Amaral-Zettler, Linda A. (2013-07-02). «Life in the „Plastisphere“: Microbial Communities on Plastic Marine Debris». Environmental Science & Technology. 47 (13): 7137-7146. doi:10.1021/es401288x«Behold the 'Plastisphere '». Ocean Leadership.. Они собирали образцы пластика во время исследовательских поездок, чтобы изучить, как микроорганизмы функционируют и изменяют экосистему. Они проанализировали фрагменты пластика, собранные в сети из разных мест Атлантического океана. Исследователи использовали комбинацию сканирующей электронной микроскопии и секвенирования ДНК, чтобы определить особый состав микробного сообщества пластисферы. Среди наиболее примечательных находок были «ямообразователи» () — организмы, образующие трещины и ямки, которые свидетельствуют о биоразложении. Более того, ямкообразователи также могут обладать потенциалом расщепления углеводородов. В своем анализе исследователи также обнаружили представителей рода Vibrio, в который входят бактерии, вызывающие холеру и другие желудочно-кишечные заболевания«Discover Thriving Colonies of Microbes in Ocean 'Plastisphere'». Woods Hole Oceanographic Institution.. Некоторые виды вибрионов могут светиться, и предполагается, что это привлекает рыб, которые поедают организмы, колонизирующие пластик, которые затем питаются из желудков рыбGlowing Bugs May Lure Fish in the 'Plastisphere' . NBC News..
Антропогенные источники Сам пластик был изобретен в 1907 году Лео Бэкеландом с использованием формальдегида и фенола«The Age of Plastic: From Parkesine to pollution ». Science Museum.. С тех пор этот материал стал использоваться во всем: от одежды до искусственных клапанов сердца. В результате с 1964 года использование пластика выросло в двадцать раз, и ожидается, что к 2035 году оно удвоитсяSánchez, C. (2020). Fungal potential for the degradation of petroleum-based polymers: An overview of macro- and microplastics biodegradation. Biotechnology Advances, 40, 107501. doi:10.1016/j.biotechadv.2019.107501. Несмотря на усилия по реализации программ переработки, уровень переработки, как правило, довольно низок. Например, в ЕС перерабатывается только 29 % потребляемого пластикаPaço, Ana; Jacinto, Jéssica; Costa, João Pinto da; Santos, Patrícia S. M.; Vitorino, Rui; Duarte, Armando C.; Rocha-Santos, Teresa (2019). «Biotechnological tools for the effective management of plastics in the environment». Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 49 (5): 410—441. doi:10.1080/10643389.2018.1548862. Пластик, который не попадает на предприятие по переработке или на свалку, скорее всего, окажется в океанах из-за случайного сброса отходов, потерь при транспортировке или прямого сброса с лодок. По оценкам, в 2010 году в морские экосистемы попало от 4 до 12 миллионов тонн пластиковых отходовGeyer, Roland; Jambeck, Jenna R.; Law, Kara Lavender (2017). «Production, use, and fate of all plastics ever made ». Science Advances. 3 (7): e1700782. doi:10.1126/sciadv.1700782..
Более мелкие и незаметные частицы микропластика агрегируются в океанах с 1960-х годов«International Marine Litter Research Unit». University of Plymouth. Более новая угроза загрязнения микропластиком связана с использованием пластиковых пленок в сельском хозяйстве. Ежегодно для увеличения производства продуктов питания используется 7,4 миллиона тонн пластиковой пленкиPublication preview page | FAO | Food and Agriculture Organization of the United Nations". FAODocuments. Ученые обнаружили, что микробные биопленки способны образовываться в течение 7-14 дней на поверхности пластиковых пленок и изменять химические свойства почвы и растений, которые мы потребляемKenneth K. Chung; James F. Schumacher; Edith M. Sampson; Robert A. Burne; Patrick J. Antonelli; Anthony B. Brennan (June 29, 2007). «Impact of engineered surface microtopography on biofilm formation of Staphylococcus aureus». pubs.aip.org.. Микропластик был зафиксирован повсюду, даже в Арктике, из-за атмосферной циркуляцииMicroplastics: what they are and how you can reduce them ". www.nhm.ac.uk..
Исследования
Разнообразие Крупномасштабные исследования секвенирования показали, что в пластисфере ниже по сравнению с окружающими образцами почвы из-за уменьшения видового разнообразия в пластисфереZettler, Erik R.; Mincer, Tracy J.; Amaral-Zettler, Linda A. (2013). «Life in the „Plastisphere“: Microbial Communities on Plastic Marine Debris». Environmental Science & Technology. 47 (13): 7137-7146. Bibcode:2013EnST…47.7137Z. doi:10.1021/es401288x. ISSN 0013-936XMiao, Lingzhan; Wang, Peifang; Hou, Jun; Yao, Yu; Liu, Zhilin; Liu, Songqi; Li, Tengfei (February 2019). «Distinct community structure and microbial functions of biofilms colonizing microplastics». Science of the Total Environment. 650 (Pt 2): 2395—2402. Bibcode:2019ScTEn.650.2395M. doi:10.1016/j.scitotenv.2018.09.378Yang, Kai; Chen, Qing-Lin; Chen, Mo-Lian; Li, Hong-Zhe; Liao, Hu; Pu, Qiang; Zhu, Yong-Guan; Cui, Li (2020). «Temporal Dynamics of Antibiotic Resistome in the Plastisphere during Microbial Colonization». Environmental Science & Technology. 54 (18): 11322-11332. Bibcode:2020EnST…5411322Y. doi:10.1021/acs.est.0c04292. Фрагменты полимерной пленки по-разному влияют на микробы, что приводит к неоднозначному влиянию на скорость роста микробов в пластисфереLuo, Gongwen; Jin, Tuo; Zhang, Huiru; Peng, Jianwei; Zuo, Ning; Huang, Ying; Han, Yongliang; Tian, Chang; Yang, Yong; Peng, Kewei; Fei, Jiangchi (2022). «Deciphering the diversity and functions of plastisphere bacterial communities in plastic-mulching croplands of subtropical China». Journal of Hazardous Materials. 422: 126865. doi:10.1016/j.jhazmat.2021.126865.Colonization Characteristics of Bacterial Communities on Plastic Debris Influenced by Environmental Factors and Polymer Types in the Haihe Estuary of Bohai Bay, China". doi:10.1021/acs.est.9b03659.s001. Некоторые бактерии, разлагающие полимеры, выделяют токсичные побочные продукты в результате разложения растительных фрагментов, что служит сдерживающим фактором для колонизации пластисферы восприимчивыми видами. Филогенетическое разнообразие также уменьшается в пластисфере по сравнению с близлежащими образцами почвы.
Бактериальные и микробные сообщества в пластисфере значительно отличаются от тех, которые обнаружены в окружающих образцах почвы, создавая новую экологическую нишу внутри экосистемыLoeppmann, Sebastian; Blagodatskaya, Evgenia; Pausch, Johanna; Kuzyakov, Yakov (2016). «Substrate quality affects kinetics and catalytic efficiency of exo-enzymes in rhizosphere and detritusphere». Soil Biology and Biochemistry. 92: 111—118. doi:10.1016/j.soilbio.2015.09.020Mooshammer, Maria; Hofhansl, Florian; Frank, Alexander H.; Wanek, Wolfgang; Hämmerle, Ieda; Leitner, Sonja; Schnecker, Jörg; Wild, Birgit; Watzka, Margarete; Keiblinger, Katharina M.; Zechmeister-Boltenstern, Sophie; Richter, Andreas (2017). «Decoupling of microbial carbon, nitrogen, and phosphorus cycling in response to extreme temperature events». Science Advances. 3 (5): e1602781. doi:10.1126/sciadv.1602781. Специфический рост бактерий, вызванный фрагментами пленки, является основной причиной создания уникального бактериального сообществаHarrison, Jesse P; Schratzberger, Michaela; Sapp, Melanie; Osborn, A Mark (2014). «Rapid bacterial colonization of low-density polyethylene microplastics in coastal sediment microcosms». BMC Microbiology. 14 (1): 232. doi:10.1186/s12866-014-0232-4.. Было также показано, что изменения в составе бактериального сообщества с течением времени в пластисфере приводят к изменениям в окружающей землеKettner, Marie Therese; Oberbeckmann, Sonja; Labrenz, Matthias; Grossart, Hans-Peter (2019-03-20). «The Eukaryotic Life on Microplastics in Brackish Ecosystems». Frontiers in Microbiology. 10: 538. doi:10.3389/fmicb.2019.00538.
В другом исследовании, изучавшем факторы, влияющие на разнообразие пластисферы, ученые обнаружили, что большая часть уникальных микроорганизмов предпочитает пластиковые детали синего цветаWen, Bin; Liu, Jun-Heng; Zhang, Yuan; Zhang, Hao-Ran; Gao, Jian-Zhong; Chen, Zai-Zhong (October 2020). «Community structure and functional diversity of the plastisphere in aquaculture waters: Does plastic color matter?». Science of the Total Environment. 740: 140082. doi:10.1016/j.scitotenv.2020.140082..
Таксономия