Пластиковая проблема с микробным сюжетом
Деятельность человечества приводит к загрязнению окружающей среды различными отходами, в том числе пластиками, которые в настоящее время есть повсюду: в воде, почве, воздухе и даже во льду. Пластмассы чрезвычайно разнообразны по химическому составу и своим физическим свойствам. Разрушаясь, они формируют многочисленные частицы – микропластики (МП) размером 5 миллиметров и менее. В пресноводных водоёмах МП поступают преимущественно со стоками из урбанизированных территорий и могут представлять угрозу как для водных экосистем, так и для потенциального благополучия человека. Микропластик в природе – это не просто инертный мусор; это миниатюрные системы, населённые микробной жизнью. Микроорганизмы (бактерии, грибки, водоросли и др.) колонизируют поверхности пластика, образуя сложные сообщества – биопленки, известные как «пластисфера». Состав биопленки варьируется в зависимости от условий окружающей среды и сезона. В свою очередь характеристики биопленок – наличие различных химических веществ, производимых микроорганизмами – могут влиять на взаимодействия этих частиц с водными организмами.
Вкусовая ловушка
Одним из самых тревожных аспектов пластикового загрязнения является потребление животными микропластика. В научной литературе описано много случаев обнаружения этих частиц в пищеварительных трактах различных животных. Но почему животные проглатывают МП? Часто животные не в состоянии распознать мельчайшие фрагменты пластика и проглатывают их непреднамеренно как, например, организмы-фильтраторы такие, как двустворчатые моллюски. Тем не менее, возможно и целенаправленное потребление МП. В таком случае пластик воспринимается как пищевой объект по визуальному сходству с пищей или при наличии привлекательных вкусовых сигналов.
«Мы предположили, что биопленки, формируемые на поверхности микропластиков, могут создавать «вкусовые ловушки». Представьте себе рыбу, которая сталкивается с куском пластика, покрытым «вкусным» слоем микробов. Сможет ли биопленка на пластике настолько привлечь рыбу, что она схватит и проглотит такую частицу?» – делятся авторы исследования.
Очевидно, что если животное не в состоянии отличить пластик от своей естественной пищи, то это приведёт к потенциальному проглатыванию этого фрагмента. Потребление животными МП с биообрастаниями будет нарушать их пищевое поведение, приведет к дополнительному расходу энергии на поиск пищи и, в целом может повлиять на функционирование пищевых цепей.
Анабас и пластик
Сотрудники Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН) совместно с вьетнамскими коллегами оценили вероятность потребления МП с биоплёнкой всеядной тропической рыбой – анабасом (Anabas testudineus), который широко распространен в пресноводных водоёмах Южной и Юго-Восточной Азии. Эти рыбы часто живут в водоёмах, которые испытывают давление от деятельности человека, в том числе загрязнены пластиковым мусором, что делает этот вид ценной моделью для исследования. Пенополистирол (ППС) был выбран в качестве микропластикового мусора, так как он широко используется в промышленных и бытовых целях во Вьетнаме. Данный тип пластика плавает на поверхности воды, что делает его привлекательным субстратом для роста биопленки.
В эксперименте биопленка на поверхности частиц ППС формировалась в естественной среде обитания анабаса – in situ. Специально сконструированные «фермы» обеспечивали рост биопленки на шариках пенополистирола (3-4 мм) в природных условиях. Микропластик находился в ирригационном канале, снабжающем водой рисовые поля, в течение двух, шести и четырнадцати дней, что соответствовало начальной, ранней и зрелой стадиям формирования биопленки. За время экспозиции гранулы меняли цвет с белого на желтовато-зеленый и бурый. Биопленка состояла из разнообразного сообщества микроорганизмов (простейших, цианобактерий, водорослей, амеб и грибов) и осажденных веществ из воды. После экспозиции эти гранулы предлагали анабасу и оценивали его «ответ».
Эффект биопленки
Результаты эксперимента продемонстрировали, что анабас схватывает как чистые гранулы ППС, так и гранулы с биоплёнкой. ППС со зрелой биопленкой рыбы схватывали чаще и быстрее. Однако чистый ППС и ППС с биопленкой на начальной стадии формирования рыбы дольше удерживали во рту. При этом рыбы всегда отвергали гранулы пластика после внутриротового тестирования.
Такое поведение анабаса является результатом сложного процесса принятия решений о потенциальной съедобности частицы у данного вида рыб: во-первых, визуальная оценка гранулы (Похож ли он на еду?); затем, оценка соответствия запаха при приближении к гранулам (Пахнет ли он как еда?); и, наконец, захват и внутриротовое тестирование (Как он ощущается на вкус и по текстуре?). Эта комплексная сенсорная информация помогает рыбе решить, проглотить или отвергнуть потенциальный пищевой объект.
В проведённом эксперименте биопленка на поверхности пластика побуждает анабаса двигаться к поверхности для контакта с потенциальным пищевым объектом. Дело в том, что биоплёнка изменяет цвет пластика с белого на темный контрастный, обеспечивает видимость такой частицы анабасом, и в свою очередь усиливает его пищевую реакцию. При попадании в ротовую полость биоплёнка, напротив, позволяет анабасу распознать непищевой объект – её вкус непривлекателен для рыбы и приводит к отверганию частицы пластика. Описанный эффект присутствия МП в воде приводит к напрасной трате энергии без какой-либо выгоды для животного, а также к увеличению риска его встречи с хищником, например птицей, когда рыба двигается к поверхности воды за МП. Таким образом, само присутствие пластикового мусора, без его проглатывания, вызывает изменения в поведении водных организмов и может иметь негативные экологические последствия.
Взгляд в будущее
Важно помнить, что сенсорно-опосредованное пищевое поведение различается у разных видов рыб, а значит их пищевое поведение в реальных экосистемах будет зависеть как от внутривидовых особенностей организма, так и от условий, и типа МП. Необходимы дальнейшие исследования для понимания реального масштаба угрозы пластикового загрязнения для пищевых цепей водных организмов.
Работа опубликована в журнале: Floating Microplastics with Biofilm Changes Feeding Behavior of Climbing Perch Anabas testudineus, Microplastics 2025, 4(3), 62; https://doi.org/10.3390/microplastics4030062