ملخص
اكتشفالعلماءأنالميكروبلاستيك(الجسيماتالبلاستيكيةالصغيرة)يُلوثالعديدمنالبيئاتعلىالنطاقالعالمي،ويتضمنذلكمحيطاتناوسواحلنا。وتَشُقبعضهذهالموادالبلاستيكيةطريقهاوصولًاإلىبيئاتبالغةالأهمية؛مثلالرواسبالساحلية،أوطبقةالوحلالموجودةأسفلالمياه。وتُعدهذهالرواسببيئةخصبةللحياةالبكتيريةالمتنوعة،والتيتلعبدورًارئيسيًّافيإعادةتدويرالموادالغذائيةفيالنظمالبيئية。وعلىالرغممنأنهذهالبكتيرياسهلةالتأثربالتلوثالبيئي،فإنهابالغةالأهميةللحصولعلىأنظمةبيئيةصحية。ولسوءالحظ،لانعرفسوىالقليلعنالكيفيةالتيتتفاعلبهاالبكتيريامعالتلوثالناتجعنالميكروبلاستيك。ولذلكقُمنابدراسةتأثيرجسيماتالميكروبلاستيكالمختلفةعلىالبكتيرياالتيتعيشفيالرواسبالبحرية،جنبًاإلىجنبمعالآثارالمترتبةعلىذلكوالتيتلحقبعمليةإعادةتدويرالموادالغذائيةفيالبيئة。وقداكتشفنا،وللمرةالأولى،قُدرةجسيماتالميكروبلاستيكالمختلفةعلىإحداثاضطراباتملحوظةفيهذهالمجتمعاتالبكتيرية،وفيدورةالنيتروجين،وهوالأمرالذييجبعلينادراستهبعنايةوتعمقلنفهمآثارهالدائمةعلىبيئاتناالطبيعية。
التلوث الناجم عن الميكروبلاستيك
ربما قد تردد على مسامعك مصطلحالميكروبلاستيك،ولكنكربمالاتعرفماالمقصودبه،أولماذايتحدثالجميععنهذهالمواد。جسيماتالميكروبلاستيكعبارةعنمادةبسيطةالتركيب؛فهيتتكونمنأجزاءصغيرةمنالبلاستيك،وعادةمايكونعرضه5مالليمترات(مايضاهيحجمالممحاةالموجودةفيالأقلامالرصاص)،أوأصغر。ويُمكنتصنيعالبلاستيكبحيثيصيرفيحجمالميكروبلاستيك،مثلالحُبيباتالصغيرةالتيتُضافإلىمُنتجاتالعنايةبالبشرة،أومعجونالأسنان。ولكننانحصلعادةعلىجسيماتالميكروبلاستيكمنتفككالأجزاءالبلاستيكيةالأكبر。ويُعد هذا صحيحًا بالأخص في بيئة المحيطات؛حيثتتراكمالكثيرمنالنفاياتالبلاستيكيةمعمرورالوقت،ويؤديتعرضهاللرياحوالأمواجوضوءالشمسإلىتفككهاوتكوّنجسيماتالميكروبلاستيك[1] !
وفيحينأنذلكيبدوبسيطًا،تتسمجسيماتالميكروبلاستيكالموجودةفيالبيئةبالتعقيدالشديد。ويرجعهذاإلىوجودأنواعكثيرةومختلفةمنالبلاستيك。وتُعرفالوحدةالبنائية،أوالبنيةالأساسيةلأيمادةبلاستيكيةباسمالبوليمرات．وعادةماتُسمىالأنواعالشائعةمنالبلاستيكعلىاسمالبوليمرالمكونلها؛مثل البولي إيثيلين، أو البولي فينيل كلوريد。وفضلًاعنذلك،عادةماتُضافبعضالموادالكيميائيةالأخرىلتُمكِنالمُنتجاتالبلاستيكيةمنتأديةالغرضالمصنوعةلأجله。وتتسمهذهالموادالمضافةبالتنوع،ويمكنأنتتضمن——علىسبيلالمثال——صبغاتالألوان。ولذلك،يستحيلوجودتطابقبيننوعينمنجسيماتالميكروبلاستيك[2］．
وفيالسنواتالأخيرة،اكتشفالعلماءانتشارالتلوثالناجمعنجسيماتالميكروبلاستيك،كماوجدواأنهآخذفيالازديادنتيجةارتفاعالكثافةالسكانية،وزيادةاستخدامالموادالبلاستيكية。تتواجدجسيماتالميكروبلاستيكفيالمُحيطات،والبحيرات،والأنهار،والتربة،وعلىقممالجبالالبعيدة،وداخلأنهارالجليد،وعالقةفيالهواء[1] !وفيالبيئاتالمائية،تتراكمجسيماتالميكروبلاستيكفيالرواسب؛وهيطبقاتالوحلوالطينالتيتستقرفيالقاعتحتالمياه。تعيشالعديدمنالحيواناتالمختلفةفيالرواسب،وغالبًاماتتفاعلمعالتلوثالناجمعنجسيماتالميكروبلاستيك。ولطالماحاولالعلماءفهمالتأثيراتالمحتملأنتُسببهاجسيماتالميكروبلاستيكالمختلفةعلىالكائناتالحية[1］．
المجتمعات البكتيرية التي تقطن الرواسب
فيحالةقمتبدراسةالرواسبالموجودةفيالتياراتوالبحيراتوالأنهار؛ستكتشفالعديدمنالكائناتالحيةالتيتعيشفيهذهالرواسب؛مثلالديدان،والرخويات،والسرطانعلىسبيلالمثاللاالحصر。ولكنإذاقمتبدراستهاباستخدامالمجهر،فستجدأيضًامجتمعاتغنيةبالميكروبات(أيكائناتحيةلاتُرىبالعينالمُجردة)!تُعدالبكتيريامنالميكروباتالتيتتواجدبكثرةفيالرواسب。وتتعايش آلاف الأنواع من البكتيريا معًا لتُشكِلالمجتمعاتالبكتيرية．ويصفالعلماءالمجتمعاتالبكتيريةالتيتعيشفيالرواسبحسبأصنافأنواعها،ووفقالعددالموجودمنكلنوع。وبالوقتنفسه،تؤديهذهالمجتمعاتالبكتيريةوظائفمُهمةللغايةللنظامالبيئيبأكمله。أحدهذهالأدوارالتيتؤديهاالمجتمعاتالبكتيريةهوتحويلالمُغذيات。تحتاجالنباتاتوالحيواناتإلىالمُغذيات(ويتضمنذلكالبشر)لبناءالجزيئاتالحيويةالضرورية،بمافيذلكالبروتيناتوالحمضالنووي。
وبالمناسبة،أنتتحصلعلىالمُغذياتالموجودةفيالطعامبمُساعدةالبكتيرياالموجودةفيقناتكالهضمية。ولذلكعندتناولالطعام،تُساعدالبكتيرياالموجودةفيجهازكالهضميعلىهضمالطعام؛للحصول على المُغذيات التي يحتاجها جسدك。وتؤديالبكتيرياالتيتعيشفيالرواسبنفسالدورلصالحالكائناتالحيةالتيتعيشفيالمياه。وعندماتغوصالموادالعضوية،مثلالكائناتالميتةأوالفضلاتلتندمجمعالرواسب؛تظلمعظمالمُغذياتعالقةفيالداخل،ويكونمنغيرالممكناستخدامهابواسطةالكائناتالحيةالأخرى。ولكنتعملالبكتيرياالتيتعيشفيالرواسبعلىتفكيكالموادالعضوية؛حيثتُحررالمُغذياتلتستفيدمنهاهيوالكائناتالحيةالأخرى(الشكل1)．وفيالوقتذاته،تحرصالبكتيرياعلىعدموجودكميةكبيرةمننوعبعينهمنالمُغذيات؛لأن ذلك قد يُسبب ضررًا。وهكذا،تؤثرالمُجتمعاتالبكتيريةعلىتنوعالكائناتالحيةالأعلىرتبةوصحتها،والتيتستطيعالعيشفيهذهالبيئة。
- شكل1 -تؤديالبكتيرياالموجودةفيالرواسبوالموجودةفيقناتكالهضميةنفسالدور؛وهو المُساعدة في مُعالجة المُغذيات!يوضحالجزءالأيسرمنالشكلكيفيةعملالبكتيريافيالبيئاتالمائية؛حيثتُعالجالموادالعضوية(بشكلعامالكائناتالحيةالميتة،والنفايات،ومؤخرًاالموادالبلاستيكية)بواسطةالبكتيرياالتيتعيشفيالرواسب。
- بينما يُقارنها الجزء الأيمن بقناتك الهضمية؛حيثتُساعدالبكتيرياعلىمُعالجةالموادالعضوية(أيالطعا)مالتيتأكلهاكليوم!(صُممبواسطةBioRender.com)．
دورة النيتروجين التي تحدُث في الرواسب
النيتروجينهوواحدمنأهمالمغذيات،وتعملالبكترياالقاطنةفيالرواسبعلىتنظيممستوياته[3.］．ولأندورةالنيتروجينمُعقدة،سنُركزعلىالقليلمنسماتها。تحتويالعديدمنالموادالكيميائيةالموجودةفيالرواسبأوالمياهعلىالنيتروجين،ويتضمنذلكالأمونيوم(NH4+)، والنيترات (没有3.−)．تستطيعالأنواعالمختلفةمنالبكتيرياتحويلهذهالمُركباتمنشكلٍإلىآخر。تُعدعمليتاتثبيتالنيتروجينونزعالنيتروجينمن التحولات بالغة الأهمية التي تحدث في الرواسب。وتمتلكالعمليتانالقدرةعلىالعملمعًالتحويلالأمونيومإلىنيتراتمنخلالعمليةتثبيتالنيتروجين،وتحويلالنيتراتإلىغازالنيتروجينثنائيالذرات(N2)؛من خلال عملية نزع النيتروجين (الشكل2 a)．
- شكل 2 -(一)المكوناتالرئيسيةلدورةالنيتروجينالتيتحدثفيالرواسبالمائية。
- (B)التغيراتالتيتطرأأثناءعمليةتثبيتالنيتروجين(الأزرق)وعمليةنزعالنيتروجين(الأحمر)،والتينراهافيتجربتنا،والتيتوضحالكائناتالدقيقةالموجودةفيكلنوعمنالموادالبلاستيكيةالمُضافةإلىالرواسب。عززتجسيماتالميكروبلاستيكالموجودةفيكلمنحمضالبوليلاكتيكورغوةالبولييوريثانعمليتيتثبيتالنيتروجينونزعالنيتروجين،فيماقللالبوليفينيلكلوريدكلتاالعمليتين،وعلىالنقيضلميُحدثالبوليإيثيلينأيتغيرملحوظفيكلتاالعمليتينمُقارنةبوعاءالتحكمعندعدمإضافةأينوعمنجسيماتالميكروبلاستيك(صُممبواسطةBioRender.com)．
يتوقفالحصولعلىالمستوىالمناسبمنالأمونيوموالنيتراتفيأينظامبيئيعلىوجودالبكتيرياالمناسبةبالكمياتالمناسبة。ويؤدياختلالتوازنهذهالتوليفةإلىحدوثتغيرأووقوعضررفيالنظامالبيئي。وعلىوجهالتحديد،يجبأنتوجدكميةكافيةمنالبكتيريالإنهاءعمليةتثبيتالنيتروجينوعمليةنزعالنيتروجينللتخلصمنالأمونيومالزائد(والذيمنشأنهأنيحدثضررًافيالبيئة)،ولكنليسالمقصودبذلكوجودكميةكبيرةجدًامنشأنهاالتخلصمنالأمونيومنهائيًّا(والذييُعد،عندتوفرالكميةالمناسبةمنه،منالمُغذياتالمهمةللكائناتالحية)。وتتمتعكلأنواعالبكتيريااللازمةلإتماممختلفخطواتدورةالنيتروجينبشفرةوراثيةمختلفة。ويمتلك العلماء القدرة على قراءة هذه الشفرة؛ممايساعدهمعلىمعرفةأنواعالبكتيرياالموجودةفيالرواسب،وماهيةالأدوارالتيتؤديهاخلالعمليةإعادةتدويرالمغذيات。وقد قررنا استخدام هذه الأداة لطرح سؤالين مهمين。
تجربتُنا
السؤالانالمطروحانهما:هلتُسببجسيماتالميكروبلاستيكالموجودةفيالرواسبتغيرًافيتركيبالمجتمعاتالبكتيرية؟وإذاكانهذاصحيحًا،فهليؤثرذلكعلىأنشطةتحويلالنيتروجين؟وللإجابة عن هذين السؤالين، أعددنا تجربة!حيثجمعنارواسبمنمُستنقعمحلي،ووزعناهاعلىأوعية،ثمأضفناالمياهلننشئنسخًامطابقةمُصغرةمنالنظامالبيئيالطبيعي،وهومايُسمىبالعالمالمصغر．وقمنابإضافةأربعةأنواعمختلفةمنجسيماتالميكروبلاستيكللرواسبفيالأوعيةالمختلفة؛وهي:البوليإيثيلين،والبوليفينيلكلوريد،ورغوةالبولييوريثان،وحمضالبوليلاكتيك。تكونتجسيماتالميكروبلاستيكهذهبعدطحنقطعأكبرمنالموادالبلاستيكيةفيمطحنةمُخصصة。وتُستخدمهذهالجسيماتلأغراضمتنوعة،ولهذاالسببتشتملعلىأنواعمختلفةمنالبوليمراتوالموادالمضافةالتيقدتؤثربشتىالطرقعلىالمجتمعاتالبكتيرية。ولقدأحضرناوعاءًبدونإضافةأيجسيماتميكروبلاستيكلنبينلكالوضعالطبيعي。وهذا ما يُسمى بالتجربة الضابطة أو وعاء التحكم。وتمت مُراقبة الأوعية لأكثر من 16 يومًا。
وحللناالمجتمعاتالبكتيريةالتيتعيشفيالرواسبقبلالتجربة،وأثنائها،وبعدها؛عنطريققراءةالشفراتالوراثيةللبكتيرياالموجودةفيكلكائندقيق。أولًا،استخدمناهذهالمعلوماتلتمييزالمجتمعاتالبكتيرية؛بغرض معرفة الأنواع الموجودة، ومدى وفرتها؟وبعدذلك،بحثنابشكلخاصعنأجزاءالشفرةالوراثيةالمسؤولةعنعمليةتثبيتالنيتروجين،وعمليةنزعالنيتروجين。وقارناماتوصلناإليهفيمايتعلقبالكائناتالدقيقةالمُختلفة؛لنرىماإذاكانتجسيماتالميكروبلاستيكقدأحدثتتغيرًافيالمجتمعاتالبكتيريةأودورةالنيتروجين،أملا。
واكتشفناأنالمجتمعاتالتيتحتويعلىجسيماتميكروبلاستيكتختلفكليًّاعنتلكالموجودةفيوعاءالتحكُّمفيالتجربةالضابطة،وأنأنواعالبوليمرالمختلفةأدتإلىتغيراتمختلفة!ووجدناأيضًاأنجسيماتالميكروبلاستيكأثرتعلىأنشطةدورةالنيتروجين؛أيأنهاغيرتمنالكميةالمتوفرةمنالأنواعالقادرةعلىإجراءعمليةتثبيتالنيتروجينوعمليةنزعالنيتروجين。ووجدنا——فينهايةالتجربة——أنالرواسبالتيتفاعلتمعالبوليفينيلكلوريدقدتعرضتللتغيرالأكبرفيمجتمعاتهاالبكتيرية。كماانخفضتوتيرةعمليةتثبيتالنيتروجينوعمليةنزعالنيتروجينبشكلملحوظفيالرواسبالتيوضعتمعهاجسيماتالميكروبلاستيكالتيتتكونمنالبوليفينيلكلوريد。وعلىالنقيضمنذلك،ازدادتوتيرةعمليةتثبيتالنيتروجين،وعمليةنزعالنيتروجينفيالنماذجالمصغرةالتيتحتويعلىجسيماتحمضالبوليلاكتيكورغوةالبولييوريثان。وتطابقتنتائجالنماذجالصغيرةالتياحتوتعلىجسيماتبلاستيكمنالبوليإيثيلينمعوعاءالتحكمالخاصبنا،مُوحِيَةًبأنهذهالمادةالبلاستيكيةلمتؤثرعلىالمجتمعاتالبكتيريةالتيتعيشفيالرواسببنفسقدرتأثيرالجسيماتالبلاستيكيةالأخرى(الشكل2 b)．تُبينلناهذهالتجربةبأنالتلوثالناتجعنجسيماتالميكروبلاستيكقديؤثرعلىالمجتمعاتالبكتيريةالمُهمة،وعلىدورةالنيتروجين。
لماذا يُعد هذا مُهمًّا؟
لطالماعرفالعلماءبأنالرواسبتلعبدورًامهمًّافيإعادةتدويرالمغذياتبالاستعانةبالبكتيرياالقاطنةفيها。كماتلعبعمليةإعادةتدويرالمغذياتدورًابالغالأهميةلصالحالكائناتالحيةالتيتعيشفيالرواسب،وكذلكالكائناتالحيةالتيتعيشفيالمياهالقابعةفوقالرواسب。اكتشفالعلماءمؤخرًاأنكمياتكبيرةمنجسيماتالميكروبلاستيكتلوّثالرواسبالمائيةعالميًّا،ويعُدبحثنابمثابةأولتقريريبينقدرةجسيماتالميكروبلاستيكعلىالتأثيرعلىالمجتمعاتالبكتيريةالتيتعيشفيالرواسب؛ممايؤثربدورهعلىأنشطةدورةالنيتروجينالخاصةبها。ولذلكفإنتوازندورةالنيتروجينفيالرواسبيُبقيالمغذياتفيمستوياتمناسبةلصحةالحيواناتالموجودة،ويتضمنذلكالديدان،والأسماك،والعوالقالنباتية،والأعشابالمائية!ومنخلالهذهالمعرفة،نستطيعالاستمرارفيطرحأسئلةبحثيةمهمة:أيأنواعالبلاستيكتُسببآثارًاأكثرضررًا؟هليحدثهذاالضرربسببالبوليمر،أمالموادالمضافة؟وماكميةالبلاستيكالتييتعينتواجدهافيهذهالرواسبلتؤثرعلىالمجتمعاتالبكتيرية؟فقطعندمانكتسبتلكالمعرفة،يُمكنللعلماءالتعاونمعواضعيالسياساتبهدفالمساعدةفيحمايةالمناطقالساحليةمنالتأثيراتالمضرةالتييسببهاالتلوثالناجمعنجسيماتالميكروبلاستيك。
تتكونمعظمجسيماتالميكروبلاستيكجراءعمليةتفكُّكالقطعالأكبرمنالموادالبلاستيكيةالموجودةفيالطبيعة。فإذا أردنا أن نمنع التلوث بهذه الجسيمات؛فيجب علينا أن نمنع التلوث البلاستيكي!ولكنلاحظأنظاهرةالتلوثالبلاستيكيلاتحدثفقطعندالتخلصمنالنفاياتالخاصةبنا。بليُنتجالبشرالعديدمنالنفاياتالبلاستيكية،وأحيانًاتتسربهذهالنفاياتإلىالبيئةقبلأنتصلحتىإلىمكبالنفايات。ويحدثذلكلأننانضعفيسلةالمُهملاتأكثرمنطاقةاستيعابها،أوعنطريقسقوطحقيبةالنفاياتمنعلىالشاحنة،أوبسببالنفاياتالتيتجرفهاالعواصفباتجاهالبحيرات،أوالمحيطات،أوالأنهارالمحلية。وبذلك، إذا قللنا نسبة النفايات البلاستيكية؛فلن يتواجد الكثير منها ليتسرب إلى البيئة。وربمايتبادرإلىذهنكبعضالسُّبلالتيتستطيعمنخلالهاتقليلكميةالنفاياتالبلاستيكيةالتيتخلفهايوميًّا،أوالأماكنالتييمكنإحكامالسيطرةعليهامنأجلالحدمنالنفاياتالبلاستيكيةالتيتتسربمنهاإلىالبيئة。وكلاهماخطوتانمهمتانفيمساعيالحدمنالتلوثالناجمعنجسيماتالميكروبلاستيك!
مسردللمصطلحات
الميكروبلاستيك(塑料微粒)：↑جسيمات بلاستيكية عادة ما يكون أكبر قطر لها＜5ملليمترات。وتتكونهذهالجسيماتجراءتفكُّكالأجزاءالبلاستيكيةالأكبرالموجودةفيالبيئة。
البوليمر(聚合物)：↑جزيئاتكيميائيةكبيرةتُشكلالوحداتالبنائيةللموادالبلاستيكية،والتيتُسمىعادة”البنيةالأساسية”البلاستيكية。
الرواسب(沉积物)：↑طبقاتالطينوالرمالالتيتتواجدوتستقرتحتالمياه。
المجتمعات البكتيرية(细菌群落)：↑هيمجموعةمنالأنواعالبكتيريةالمختلفةالتيتعيشفينفسالبيئة。
النيتروجين(氮)：↑عنصرأساسييُستخدملتكوينالعديدمنالمركباتالضروريةلبقاءالكائناتالحيةونجاتها。
عملية تثبيت النيتروجين(硝化)：↑هيعمليةتقومبتحويلأحدأشكالالنيتروجين،وهوالأمونيوم(NH4+)، إلى شكل آخر، وهو النيترات (no3 -)。وتحدث هذه العملية بمساعدة الميكروبات。
عملية نزع النيتروجين(脱氮)：↑هيعمليةتقومبتحويلأحدأشكالالنيتروجين،وهوالنيترات(没有3.-)، إلى شكل آخر، وهو غاز النيتروجين (N2)．وتحدث هذه العملية بمساعدة الميكروبات。
العالم المُصغر(微观世界)：↑نسخةمطابقةمصغرةمنالبيئةالطبيعية،يستخدمهاالعلماءللإجابةعنالأسئلةالتيتطرحهاالأبحاثعنالتغيراتالناتجةعنمختلفالعواملفيهذهالبيئة。
إقرار تضارب المصالح
يعلنالمؤلفونأنالبحثقدأُجريفيغيابأيعلاقاتتجاريةأوماليةيمكنتفسيرهاعلىأنهاتضاربمحتملفيالمصالح。
إقرار
نتقدمبخالصالشكرإلىمؤسسةعائلةفريمانعلىدعمهاالمُقدمعبرمعهدفرجينياللعلومالبحرية،زمالةعائلةفريمان。كمانُثمنمنحناجائزةبلوميريلتميزأعضاءهيئةالتدريسالتيتُقدمهاجامعةولياموميريوقسمالدراساتالأكاديمية。وهذهالمساهمةهيرقم3965منمعهدفيرجينياللعلومالبحريةوجامعةولياموميري。صُممت الصور جزئيًّا باستخدام الموقعbiorender.com．
مقال المصدر الأصلي
↑瑟雷，M. E.宋，B.， Passie, R.和Hale, R. C. 2020。微塑料影响沉积物微生物群落和氮循环。Commun Nat。11:2372。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 16235 - 3
المراجع
[1]↑黑尔，R. C.，瑟雷，M. E.，拉瓜迪亚，M. J.，麦，L.，和曾E. Y. 2020。微塑料的全球视角。j .地球物理学。海洋》125: e2018JC014719。jc014719 doi: 10.1029/2018
[２]↑罗奇曼，c.m.，布鲁克森，C.， Bikker, J.， Djuric, N.， Earn, A.， Bucci, K.等。2019。重新思考微塑料作为一个多样化的污染物套件。环绕。Toxicol。化学．38:703-11。doi: 10.1002 / etc.4371
[3]↑沃德，B. B.和詹森，2014年。微生物氮循环。前面。Microbiol．5:553。doi: 10.3389 / fmicb.2014.00553