یک تهدید در حال ظهور

همان‌طورکه زباله‌های پلاستیکی در اقیانوس حرکت می‌کنند، پلاست‌سپهر از طریق یک توالی اکولوژیکی معمولی توسعه می‌یابد و درنهایت به یک جامعهٔ میکروبی پیچیده و تخصصی تبدیل می‌شود. پلاستیک‌ها نه‌تنها به‌عنوان پناهی برای این میکروارگانیسم‌ها عمل می‌کنند بلکه به‌نوعی ناقل آنها هم محسوب می‌شوند و به پاتوژن‌های بالقوه مضر باکتری‌های حامل ژن‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک اجازه می‌دهند تا در محیط‌های دریایی پخش می‌شوند و حتی بتوانند خود را به مناطق دورافتاده و دست‌نخورده برسانند.

بااین‌حال، همهٔ این خبر بد نیست. چون باکتری‌های شناخته‌شده‌ای که پتانسیل تجزیهٔ پلاستیک یا هیدروکربن‌ها را دارند (مانند Alcanivorax sp.، Aestuariicella sp.، Marinobacter sp. و Alteromonas sp.) اغلب روی پلاستیک‌ها شناسایی می‌شوند. 

یک محیط تحقیقاتی خصمانه

در حال حاضر، اطلاعات کمی در مورد پلاست‌سپهر، به‌ویژه در اقیانوس جنوبی داریم. بااین‌حال، کشف دینامیک پلاست‌سپهر برای درک تأثیراتش بر یکی از دورافتاده‌ترین و آسیب‌پذیرترین محیط‌های دریایی این سیاره کلیدی است. به‌همین دلیل، مطالعهٔ اخیر ما به‌دنبال بررسی فراوانی و تنوع جوامع میکروبی در پلاست‌سپهر اقیانوس جنوبی، به‌ویژه پس از استعمار اولیهٔ زباله‌های پلاستیکی از سوی باکتری‌ها بود.

کار در قطب جنوب آسان نیست. رسیدن به این قاره یک چالش است و دانشمندان باید با شرایط محیطی سخت مقابله کنند؛ دمای انجماد، بادهای قدرتمند، کوه‌های یخ و کار تحت فشار محدودیت زمان. این چالش‌ها هر لحظه از این مطالعات را سخت و ارزشمند می‌سازد. 

به‌همین دلیل است که ما برای مطالعهٔ خود سراغ یک آزمایش کنترل‌شده با قابل مدیریت رفتیم. ما آکواریوم‌هایی را که با آب دریا پر شده بودند، در نزدیکی ایستگاه تحقیقاتی اسپانیا در جزیرهٔ «لیوینگستون» (Livingston) در «شتلند جنوبی» (South Shetlands) ایجاد کردیم. داخل این آکواریوم‌ها، گلوله‌های کوچک و گرد از سه نوع پلاستیک رایج که دریا را آلوده می‌کنند، یعنی «پلی‌اتیلن»، «پلی‌پروپیلن» و «پلی‌استایرن» قرار دادیم. ما با هدف بازآفرینی قابل‌قبول‌ترین نتایج، این پلاستیک‌ها را در شرایط محیطی با دمای حدود صفر درجهٔ سانتی‌گراد و تابش بین ۱۳ تا ۱۸ ساعت نور خورشید به‌مدت پنج هفته رها کردیم. 

البته رفتار توسعه باکتری‌ها روی پلاستیک‌ها را هم با رفتار آنها روی شیشه، به‌عنوان یک سطح بی‌اثر، مقایسه کردیم. نمونه‌هایی از پلاستیک و شیشه نیز به‌صورت دوره‌ای برای ردیابی کلونی‌سازی باکتری‌ها جمع‌آوری شد. 

دینامیک پلاست‌سپهر در قطب جنوب

مطالعه باکتری‌ها به‌معنای قابل‌مشاهده‌کردن چیزی نامرئی است. بنابراین، ما چندین تکنیک را با هم ترکیب کردیم تا تصویر بهتری از پلاست‌سپهر به‌دست آوریم. بااستفاده از میکروسکوپ الکترونی، تصاویر بیوفیلم را به‌دست آوردیم. فلوسیتومتری (بررسی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی باکتری‌ها در محیط یک مایع مخصوص) و کشت باکتریایی (فراهم کردن شرایط رشد و تولیدمثل باکتری‌ها در محیط آزمایشگاهی برای مطالعهٔ آنها) را برای شمارش کل سلول‌ها و کلنی‌ها ترکیب کردیم و ژن «16s rRNA» را برای شناسایی تبار باکتری‌های استقراریافته تعیین توالی کردیم. 

این رویکرد دقیق نشان داد زمان، محرک اصلی تغییر است. میکروب‌ها به‌سرعت پلاستیک را مستعمرهٔ خود کردند و در کمتر از دو روز، باکتری‌هایی مانند جنس Colwellia از قبل در سطح تثبیت شدند و پیشرفت واضحی را از ساکنان اولیه به یک بیوفیلم بالغ و دارای تنوع باکتریایی نشان دادند. 

این گونه‌ها اگرچه در آب نیز شناسایی شده‌اند، اما ترجیح آشکاری برای زندگی اجتماعی در یک جامعهٔ بیوفیلم نشان می‌دهند. علاوه‌براین، ما تفاوت‌های واضحی را بین جوامع باکتریایی روی قطعات پلاستیک و شیشه تشخیص ندادیم که نشان می‌دهد هر سطح پایداری می‌تواند میزبان این جوامع باشد. 

درحالی‌که فرایندهای مشابه در سایر اقیانوس‌ها اتفاق می‌افتد، در قطب جنوب این روند کندتر به‌نظر می‌رسد. دمای پایین منطقه رشد باکتری‌ها را کند می‌کند. 

باکتری‌های پلاستیک‌خوار؟

یکی از کشفیات کلیدی در این مطالعه، وجود باکتری‌های Oleispira sp روی پلاستیک‌ها بود. این باکتری‌ها، تجزیه‌کننده هیدروکربن است. به‌این معنی که به گروهی از میکروارگانیسم‌ها تعلق دارد که می‌توانند نفت و سایر آلاینده‌ها را تجزیه کنند. 

نقش آنها در پلاست‌سپهر قطب جنوب سؤالات مهمی را ایجاد می‌کند. از جمله اینکه آیا این نوع باکتری‌ها می‌توانند تأثیرات آلودگی پلاستیکی را کاهش دهند یا خیر؟ اگر چنین باشد، آنها می‌توانند کلیدی برای آیندهٔ قطب جنوب و اقیانوس‌ها باشند. 

بااین‌حال، هنوز چیزهای زیادی برای کشف وجود دارند، به‌ویژه در مورد پتانسیل آنها برای پاکسازی زیستی در محیط‌های با شرایط ویژه. درک این فرآیندها می‌تواند راه را برای استراتژی‌های نوآورانه برای مقابله با چالش رو به رشد زباله‌های پلاستیکی در اکوسیستم‌های دریایی هموار کند.

منبع: 

این مقاله با عنوان اصلی Unveiling the Antarctic ‘plastisphere’, a unique and potentially hazardous new ecosystem روز ۱۹ آذرماه در وب‌سایت «کانورسیشن» (The Conversation) منتشر شده است. نویسندگان این مقاله، آقای «پیر مونراس ئی ریرا» (Pere Monràs i Riera) پژوهشگر حفاظت از تنوع‌زیستی و خانم «الیسندا بالسته» (Elisenda Ballesté) استاد میکروبیولوژی هر دو از دانشگاه بارسلونا در اسپانیا هستند.