Группа британских биологов проверила действие микрочастиц обычного и биоразлагаемого пластика на съедобные мидии в искусственно воссозданной морской среде и выяснила, что у моллюсков под воздействием пластика снижается качество и количество нитей, которыми они крепятся к камням, а также повышается экспрессия белков стресса и иммунного ответа.
Проблема пластикового загрязнения экосистем с каждым годом становится более острой. Глобальное производство пластика выросло с 1,5 миллиона метрических тонн в год в 1950-х до 335 тонн в 2016 году и, видимо, будет только расти.
Один из крупнейших специалистов по пластиковому загрязнению, морской биолог из Плимутского университета Ричард Томпсон, ранее посчитал, что сейчас перерабатывается лишь около 10% пластикового мусора, остальное рано или поздно попадает в океаны, где постепенно под воздействием воды и ультрафиолета дробится на более мелкие частицы. Так возникает микропластик — частицы размером до 5 миллиметров, самая распространенная форма твердого мусора на земле. Несмотря на то что микропластик можно найти буквально везде, ученые до сих пор плохо представляют, как именно он влияет на человека, животных и экосистемы. В данном случае Томпсон и коллеги решили проверить, как действуют микрочастицы пластика на один вид морских обитателей — съедобных мидий (Mytilus edulis).
Съедобные мидии — морские двустворчатые моллюски. Они живут колониями в прибрежной зоне, прикрепляясь к камням, песку и грязи эластичными белковыми волокнами — биссусовыми нитями. Это позволяет им не быть унесенными в море во время приливов и отливов и формировать довольно устойчивые экосистемы, в которых находят дом и другие морские организмы.
Ученые создали три мезокосма — искусственные модели реальной экосистемы, в данном случае прибрежной зоны. Каждый мезокосм представлял собой 10-литровое ведро, наполненное морской водой, со слоем грязи на дне. В каждый мезокосм поместили по семь мидий. При этом в одно ведро добавляли микрочастицы полиэтилена в концентрации, примерно соответствующей той, что сегодня фиксируется в природе (одна частица на миллилитр или 25 микрограммов на литр), а в другое ведро — частицы биоразлагаемого пластика, полимолочной кислоты. Мидии из третьего ведра были контрольной группой — к ним в воду никаких частиц не добавляли.
Перед началом эксперимента ученые замерили размеры мидий, количество и прочность их биссусовых нитей и состав гемолимфы (аналог крови, по ее составу можно судить о воспалительных реакциях в организме и оценивать его здоровье). Затем ученые каждый день в течение 52 дней добавляли в мезокосмы новую воду, причем в два мезокосма воду добавляли с раствором микроводорослей, микрочастиц пластика и пузырьков воздуха, снова имитируя природную смесь. Циркуляция воды поддерживалась таким образом, чтобы частицы не оседали на дно в течение двух часов каждый день.
После эксперимента биологи снова проверили у мидий из всех трех мезокосмов количество нитей и их прочность. Последнее сделали с помощью обычного динамометра, оценив силу, необходимую, чтобы оторвать раковину от поверхности. Гемолимфу проанализировали с помощью масс-спектрометрии, помогающей выделить в составе смеси те или иные химические элементы.
В итоге выяснилось, что у моллюсков, живших в ведрах с частицами полиэтилена, прочность нитей стала в три раза ниже, чем у тех, кто жил в чистой от пластика среде, и в 2,2 раза ниже, чем у тех, кто жил в присутствии полимолочной кислоты. Также у мидий в присутствии полиэтилена общее количество нитей уменьшилось вполовину.
Причем между количеством нитей и их силой обнаружилась положительная корреляция: чем их было меньше, тем они были слабее. По-видимому, на оба свойства влиял один и тот же фактор — микропластик.
Спектрометрия выявила 40 статистически значимых белков, которые экспрессировались в моллюсках. Состав этих белков значительно отличался у тех мидий, что подверглись влиянию пластика. В частности, мидии из мезокосма с полиэтиленом сильнее прочих вырабатывали четыре белка, связанных с иммунитетом (воспалительные цитокины). По сравнению с моллюсками из чистой воды обе группы подопытных усиленно вырабатывали один белок, связанный с формированием мышечных волокон, другой же связанный с этим белок, наоборот, вырабатывался меньше. Также полиэтилен вызывал усиленную выработку антимикробных пептидов. Кроме того, обе подопытные группы усиленно вырабатывали белки, связанные с детоксикацией организма и со стрессом.
Ученые предположили, что все эти изменения — иммунный ответ мидий на постоянное абразивное воздействие пластиковых частиц. Полиэтилен действовал на моллюсков хуже всего, биоразлагаемая полимолочная кислота — чуть мягче.
Биологи пришли к заключению, что пластик мидиям навредил. Если нити, которыми они крепятся к камням, слабеют, это делает колонии менее устойчивыми и более беззащитными перед хищниками, что приводит к деградации созданной колониями моллюсков экосистемы, а это крайне опасный процесс, если предположить что мидии в дикой природе подвергаются воздействию микропластика постоянно.