Первая оценка биомассы на пластиковом мусоре в океане с помощью метода визуализации

Триллионы фрагментов пластикового мусора дрейфуют в море, создавая «идеальный шторм» для колонизации микробами. Пластик, появившийся в океане более 50 лет назад, представляет собой новую среду обитания для микроорганизмов. Этот «пластисфер» состоит из сложного сообщества бактерий, архей, эукариотических микроорганизмов и микроскопических животных.

Эти неестественные добавки к поверхностным водам океана и большое количество клеток и биомассы, переносимых пластиковым мусором, могут влиять на биоразнообразие, экологические функции и биогеохимические циклы. Формирование биопленки в морской среде — сложный процесс, зависящий от многих переменных.

В то время как предыдущие исследования изучали микробное разнообразие, новое исследование впервые комплексно количественно оценило общие клеточные запасы в условиях in situ. Оно принципиально отличается использованием относительно непредвзятых методов визуализации для получения количественной оценки биомассы — первой в своем роде.

Исследователи из Harbor Branch Oceanographic Institute и Harriet L. Wilkes Honors College (Университет Флориды), в сотрудничестве с Утрехтским университетом, Амстердамским университетом и Королевским Нидерландским институтом морских исследований (NIOZ), изучили на полимерных и стеклянных субстратах:

• количество и размер клеток,
• клеточную углеродную массу,
• различия в фотосинтезирующих клетках с течением времени.

Также исследовалось образование наночастиц из полистирола (который распадается под солнечным светом и УФ-излучением) и их потенциальное влияние на микроводоросли.

Результаты, опубликованные в журнале ISME Journal, показывают, что консервативные оценки предполагают: около 1% микробных клеток в поверхностном микрослое океана обитает на пластиковом мусоре в глобальном масштабе. Эта масса клеток не существовала бы без пластика в океане и представляет собой нарушение пропорций местной флоры.

«В открытом океане не хватает питательных веществ... Организмы, колонизирующие пластик, потребляют те лимитирующие питательные вещества, которые в норме были бы использованы свободноживущими микробами. По сути, эти микробы на пластике отнимают жизненное пространство и представляют начало смены режима для этих местообитаний», — пояснил ведущий автор Трейси Минсер.

Используя конфокальную лазерную сканирующую микроскопию с продвинутым ПО для анализа изображений, исследователи напрямую получили данные: от подсчета клеток и их размеров до полных 3D-конструкций. Были протестированы полипропилен, полистирол, полиэтилен и стекло.

Данные микроскопии показали, что в ранних биопленках высока доля диатомовых водорослей (одноклеточных эукариотических микроводорослей со стеклянной клеточной стенкой), которые могут играть ключевую роль в погружении пластикового мусора. Неожиданно пластиковые субстраты, в отличие от стекла, через восемь недель, по-видимому, снижали рост фотосинтезирующих клеток.

«Количественная оценка количества клеток и микробной биомассы на пластиковом морском мусоре имеет решающее значение для понимания его влияния на океанические экосистемы. Будущие усилия должны быть сосредоточены на том, как эта биомасса меняется в зависимости от сезона и широты, и на её потенциале нарушить поток питательных веществ в верхних слоях океана», — отметил первый автор Шии Чжао.