A poluição plástica promove mais crescimento microbiano em lagos do que a matéria orgânica natural

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 4175 (2022) Citar este artigo

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Detritos de plástico poluem amplamente as águas doces. A degradação abiótica e biótica de plásticos libera substratos à base de carbono que estão disponíveis para o crescimento heterotrófico, mas pouco se sabe sobre como esses novos compostos orgânicos influenciam o metabolismo microbiano. Aqui descobrimos que o lixiviado de sacolas plásticas era quimicamente distinto e mais biodisponível do que a matéria orgânica natural de 29 lagos escandinavos. Conseqüentemente, o lixiviado plástico aumentou a aquisição de biomassa bacteriana em 2,29 vezes quando adicionado em uma concentração ambientalmente relevante às águas superficiais do lago. Esses resultados não foram atribuídos apenas à quantidade de carbono orgânico dissolvido fornecido pelo lixiviado. O crescimento bacteriano foi 1,72 vezes mais eficiente com lixiviado de plástico porque o carbono adicionado era mais acessível do que a matéria orgânica natural. Esses efeitos variaram com a disponibilidade de fontes de carbono alternativas, especialmente lábeis, e com a diversidade bacteriana. Juntos, nossos resultados sugerem que a poluição plástica pode estimular as cadeias alimentares aquáticas e destacar onde as estratégias de mitigação da poluição podem ser mais eficazes.

A resposta dos micróbios à poluição plástica generalizada e crescente em águas doces tem consequências para o metabolismo do ecossistema e para a saúde da cadeia alimentar1,2,3. Além de fornecer um substrato para a colonização do biofilme4, os plásticos lixiviam a matéria orgânica dissolvida (DOM) durante a degradação mecânica, fotoquímica e biológica5,6,7. Este lixiviado de plástico pode fornecer energia para o crescimento bacteriano8,9 e ser transferido para cima através das redes alimentares para apoiar o crescimento de níveis tróficos superiores10. No entanto, o lixiviado de plástico também pode prejudicar o crescimento bacteriano devido aos compostos tóxicos adicionados aos polímeros sintéticos durante a fabricação, por exemplo, para aumentar a flexibilidade do plástico e a estabilidade térmica11. Como muitos desses aditivos tóxicos são compostos orgânicos hidrofóbicos que se adsorvem fortemente a polímeros sintéticos, eles também podem prejudicar e potencialmente biomagnificar níveis tróficos superiores que ingerem decompositores bacterianos2. Determinar as condições em que as bactérias podem crescer melhor e, consequentemente, esgotar o lixiviado de plástico do meio ambiente pode, em última análise, ajudar a priorizar os esforços para mitigar e limpar a poluição plástica global.

Existem poucos dados sobre a composição molecular e o destino do lixiviado plástico em águas doces, especialmente em comparação com o DOM natural. Polímeros sintéticos são geralmente considerados não biodegradáveis12, mas os plásticos também contêm muitos aditivos lábeis e potencialmente biodisponíveis – como plastificantes, corantes e antioxidantes – que são usados ​​para dar aos polímeros suas propriedades funcionais13,14,15. Esses aditivos podem representar até 70% dos detritos plásticos por massa14,15. Os plásticos mais comuns, ou seja, polietileno e polipropileno16,17, também são flutuantes e, portanto, sofrem as maiores taxas de fotodegradação e lixiviação nas condições quentes e irradiadas das águas superficiais9. Consequentemente, o lixiviado de plástico pode se acumular em altas concentrações nas águas superficiais em relação ao DOM8 natural. Se esse lixiviado contiver compostos mais lábeis do que o MOD natural, as bactérias devem ser capazes de crescer e ciclar os nutrientes com mais eficiência18,19. Diferenças estruturais entre moléculas em chorume de plástico e DOM natural podem aumentar de forma semelhante o crescimento bacteriano, fornecendo mais nichos para decomposição20. Estudos anteriores8,9,11 mostraram como a resposta das bactérias ao lixiviado plástico pode variar, mas, até onde sabemos, nenhum estudo testou se a composição molecular da MOD pode explicar essa variação. Avanços recentes em espectrometria de massa de ultra-alta resolução oferecem agora uma oportunidade para abordar esta questão21,22,23.

As respostas das bactérias ao lixiviado de plástico devem variar entre as águas por pelo menos dois motivos. Primeiro, a composição molecular do DOM natural varia entre lagos e rios24,25 e, portanto, deve influenciar a capacidade das bactérias de usar lixiviados plásticos. Na maioria dos lagos do mundo, DOM é dominado por compostos relativamente recalcitrantes26,27, limitando as oportunidades de decomposição20,28. O lixiviado de plástico, mais lábil, pode, portanto, ser amplamente assimilado em lagos que contenham esse carbono recalcitrante. Por outro lado, o lixiviado pode ter pouco benefício para as bactérias em águas com MOD já altamente lábil, ou pode ser usado de forma semelhante ao MOD natural que se assemelha quimicamente, pois as bactérias serão pré-adaptadas para usar esses substratos29. Em segundo lugar, a composição funcional das comunidades bacterianas e, portanto, sua capacidade de utilizar DOM natural, varia no espaço devido a diferentes condições ambientais, histórias de dispersão e processos estocásticos30,31,32,33. O mesmo padrão também deve ser visto para MOD derivado de chorume de plástico.