新发现地球和它的资源收藏的文章发表:2021年5月26日

塑料微粒污染能改变重要的水生细菌社区吗?

作者

梅瑞迪斯埃文斯斯利

Bongkeun歌

罗伯特·c·黑尔

年轻的评论家

月桂树

Sameen

里写

文摘

科学家们发现,塑料微粒是许多环境污染在世界范围内,包括我们的海洋和海岸线。这些塑料将进入一个特别重要的environment-coastal沉积物,或下面的层泥浆水。沉积物是多样的细菌生命,在生态系统的养分循环中扮演着重要角色。这些细菌是至关重要的对于健康的环境,但也容易受到环境污染的影响。不幸的是,对细菌如何应对塑料微粒污染。我们研究不同的塑料微粒的影响细菌生活在海洋沉积物,以及随后对养分循环的影响。第一次,我们发现,不同的塑料微粒可以大大改变这些细菌社区和氮循环,应进一步研究理解持久的对自然环境的影响。

塑料微粒污染

你可能听说过塑料微粒,但你可能不知道它们是什么或为什么每个人都似乎在谈论他们。塑料微粒是简单都是细小的塑料,一般5毫米宽(铅笔上的橡皮擦大小)或更小。塑料可以生产塑料微粒大小、小珠子等添加到护肤品或牙膏。然而,最常见的塑料微粒来自分解较大的塑料碎片。在海洋环境中尤其如此,大量的塑料垃圾随着时间的积累和暴露在风、波浪,和阳光,最终创建塑料微粒(1]!

虽然这听起来很简单,塑料微粒在环境极其复杂。这是因为有许多不同种类的塑料。构建块或任何塑料被称为“支柱”聚合物。常见的塑料是最常命名他们的聚合物,例如,聚乙烯或聚氯乙烯。此外,其他化学物质通常添加到帮助一个塑料产品为它的目的服务。这些所谓的添加剂不同,但可以包括颜色染料,例如。因此,没有两个塑料微粒彼此是相同的(2]。

近年来,科学家们发现,塑料微粒污染是普遍存在的,并且是由于日益增长的人口增长和增加塑料的使用。塑料微粒被发现在海洋、湖泊、河流、土壤,在遥远的山顶上,在冰川冰,和悬浮在空中1]!在水生环境中,塑料微粒累积沉积物——层解决底部的泥土和污垢,下面水。许多不同的动物生活在沉积物和可能与塑料微粒污染。科学家们一直在努力理解,不同的塑料微粒可能对生物的影响(1]。

沉积物细菌社区

如果你探索沉积物在河流、湖泊和河流,你会发现许多生活organisms-worms,蛤蜊,螃蟹,等等。但是如果你探索沉淀物用显微镜,你会发现还有一个社区丰富的微生物(即。生物,用肉眼无法看到的)!细菌是一种微生物,在沉积物非常丰富。成千上万的物种共存的细菌,形成细菌社区。科学家描述细菌沉积物类型社区的每个物种存在的种类和多少。这些细菌社区执行整个生态系统的非常重要的工作。

沉积物细菌社区的角色之一是改变营养物质。需要营养植物和动物(包括人类)建立重要的生物分子,包括蛋白质和DNA。你从食物中得到的营养,帮助你的肠道内的细菌。当你吃的食物,细菌在消化道帮助处理食物释放你的身体需要的营养。沉积物细菌生物在水里做同样的事情。当有机材料,如死亡的生物体或粪便,沉到沉积物中,大多数营养仍困在,不能用于其他生物体使用。沉积物中的细菌分解有机物,释放营养物质为自己和其他生物(图1)。与此同时,他们也要确保没有任何营养,这可能会造成伤害。因此,细菌社区影响高等生物的类型和健康能活在这种环境下。

图1 -沉积物和那些在你的肠道中的细菌类似roles-helping过程营养!左边的图显示了这是如何工作在水生环境中,在有机物质(一般死去的生物和废物,但最近,塑料)是由沉积物中细菌处理。

右边把这比作你的肠道,细菌帮助处理有机物(即。你吃食物),每一天!(创建BioRender.com)。

沉积物中氮循环

沉积物细菌帮助调节的一个重要养分氮(3]。氮循环是复杂的,所以我们只会专注于少数的特性。在沉积物和水,许多不同的化学物质含有氮,包括铵(NH₄⁺)和硝酸盐(NO₃⁻)。不同的细菌可以将这些化合物从一种形式到另一个地方。沉积物中两个非常重要的转换硝化作用和反硝化作用。结合两个过程可以通过硝化铵转化成硝酸盐,硝酸和二氮气体(N₂)通过反硝化作用(图2一个)。

图2 (A)水生沉积物中的氮循环的关键组件。 — 图2 -**(一)**在水生沉积物中氮循环的关键组件。

**(B)**更改硝化(蓝色)和脱氮(红色),我们看到在我们的实验中显示上面包含每种类型的塑料的微观沉积物。聚乳酸和聚氨酯泡沫塑料微粒增加硝化和反硝化作用;聚氯乙烯下降两个过程;聚乙烯不显著改变要么过程相比,控制与不添加塑料微粒(创建BioRender.com)。

拥有正确的细菌在正确的数量确保正确的铵和硝酸存在在一个生态系统。如果是错误的,平衡生态系统可以改变或伤害。具体来说,应该有足够的完整的硝化和反硝化细菌去除多余铵(它会破坏环境),但不是太多完全去除铵(正确的数量,是一个重要的营养为其他生物)。所有细菌种类不同步骤的氮循环中起到了极其重要的有不同的遗传密码。科学家们可以阅读此代码,看看哪个细菌物种存在什么角色在养分循环执行。我们决定使用这个工具来问两个重要问题。

我们的实验

我们的两个问题是:不同的塑料微粒沉积物细菌群落组成变化?如果是这样的话,这也会影响nitrogen-transforming活动吗?为了回答这些,我们建立一个实验!我们收集从本地沼泽沉积物、分布式成容器,并添加水来创建小副本的自然生态系统,被称为微观。我们添加了四个不同类型的塑料微粒沉积物在不同的容器:聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯泡沫、聚乳酸。这些塑料微粒是由专业磨床磨大的塑料碎片。这些塑料微粒用于不同的目的,所以他们包含不同的聚合物和添加剂,可能影响不同的细菌群落。我们也做了一个集装箱没有添加塑料微粒,来表示一个正常情况。这就是所谓的控制。被监控的集装箱/ 16天。

我们分析了沉积物中细菌社区之前,期间和之后的实验通过阅读遗传编码的细菌存在于每一个缩影。首先,我们使用这些信息来描述细菌此事物种存在和他们有多丰富?然后,我们专门寻找遗传编码的部分负责硝化和反硝化作用。我们比较我们的发现之间的不同的缩影,塑料微粒是否改变了细菌社区或氮循环。

我们发现社区包含添加塑料微粒确实不同于控制,和聚合物类型导致不同的变化!我们还发现,塑料微粒影响氮循环活动;即。,他们改变了物种的丰富性进行硝化和反硝化作用的能力。我们发现聚乙烯醇chloride-treated沉积物细菌社会中最大的变化的实验。与聚氯乙烯塑料微粒沉积物硝化和反硝化都显著降低。在聚乳酸的缩影和聚氨酯泡沫塑料微粒,然而,硝化和反硝化是升高的。聚乙烯塑料微粒的微观是类似于我们的控制,建议这个塑料并不影响沉积物细菌社区其他塑料(图2 b)。这个实验告诉我们,塑料微粒污染环境的可能影响细菌社区和氮循环的关键。

为什么这很重要?

科学家早已知道,沉积物中扮演重要角色的养分循环,由于细菌。养分循环对沉积物中生物生活至关重要,也在上覆水和超越。科学家最近发现了大量的塑料微粒污染水生沉积物在全球范围内,和我们的研究是第一个报道说塑料微粒会影响沉积物细菌社区,因此影响他们的氮循环活动。沉积物中氮循环的平衡在正确的水平保持营养健康的动物,包括蠕虫、鱼类、浮游植物、水生草!有了这些知识,我们可以跟进重要的研究问题:哪种类型的塑料造成最有害的影响?是聚合物或添加剂造成的伤害?和多少塑料必须在这些沉积物影响细菌社区?当我们有这方面的知识,科学家与决策者可以帮助保护沿海地区的塑料微粒污染的有害影响。

大多数塑料微粒时形成更大的塑料碎片分解环境中。所以,如果我们想要阻止塑料微粒污染,我们必须停止塑料污染!塑料污染不仅发生在我们垃圾。人类产生大量的塑料垃圾,有时,它会释放到环境才能进入垃圾填埋场。这可能发生,因为一个满溢的垃圾桶,一个垃圾袋丢了一辆卡车,或垃圾扫除在风暴到达当地的一条河流,湖泊或海洋。如果我们减少塑料垃圾,将会有更少可能会泄漏到环境。你可能认为某些方面,你可以减少塑料垃圾你每天生成,或塑料碎片的地方可以捕获泄漏到环境中。都是至关重要的步骤减少塑料微粒污染!