Cambiamenti nella comunità microbica indotti dalla plastica e dallo zinco come sostituti dell’abrasione dei pneumatici

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 18684 (2022) Citare questo articolo

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Gli ambienti acquatici fungono da bacino per gli scarichi antropici. Una parte significativa delle emissioni è costituita dall'usura dei pneumatici, che vengono sempre più rilasciati nell'ambiente, causando disastri ambientali a causa della loro longevità e del gran numero di sostanze inquinanti che contengono. I componenti principali dei pneumatici sono la plastica e lo zinco, che quindi possono essere utilizzati come sostituti dell'abrasione dei pneumatici per studiarne l'effetto sulla vita microbica. Investighiamo concentrazioni realistiche dal punto di vista ambientale di plastica e zinco su una comunità microeucariotica di acqua dolce utilizzando il sequenziamento ad alto rendimento della regione 18S V9 per un periodo di esposizione di 14 giorni. A parte una diversità generalmente invariata dopo l’esposizione allo zinco e alle nanoplastiche, è evidente un cambiamento nella struttura della comunità dovuto allo zinco, ma non alle nanoplastiche. Evidentemente, le particelle nanoplastiche difficilmente influenzano la comunità, ma l’esposizione allo zinco provoca drastici cambiamenti nell’abbondanza funzionale riguardo alla modalità trofica. Inizialmente i microrganismi fototrofici erano quasi completamente diminuiti, ma la fotosintesi è stata ripresa. Tuttavia, i taxa dominanti che eseguivano la fotosintesi cambiarono da bacillariofite a clorofite. Mentre gli organismi fototrofici diminuiscono in presenza di zinco, la frazione mixotrofa inizialmente ha beneficiato e la frazione eterotrofa ha beneficiato durante tutto il periodo di esposizione. Contrariamente ai cambiamenti duraturi nella composizione del taxon, la composizione della comunità funzionale è inizialmente fortemente sbilanciata dopo l’applicazione dello zinco, ma ritorna allo stato originale.

L’inquinamento è un problema in crescita a livello globale, che provoca conseguenze impreviste e danni incalcolabili alla biodiversità1,2,3,4,5,6. Un'importante fonte di inquinamento è l'abrasione dei pneumatici7,8. Gli pneumatici contengono numerose sostanze come nerofumo, additivi, tessuti, agenti indurenti, zolfo, metalli, ma anche stirene e butadiene, che sono precursori del polistirolo9,10,11,12. L'usura del pneumatico lascia sulla superficie particelle che, a causa dell'abrasione e dei raggi UV, si degradano in micro e nanoplastiche4,13,14,15,16. Durante il successivo evento di forte pioggia, queste particelle vengono poi trasportate nei corpi idrici (Fig. 1).

Rappresentazione pittorica che mostra come gli inquinanti derivanti dall'abrasione dei pneumatici entrano negli ecosistemi acquatici. Durante la guida, il pneumatico si consuma e lascia particelle sulla superficie stradale, che vengono ulteriormente degradate in micro e nanoparticelle dall'attrito e dai raggi UV. Queste particelle vengono scaricate con la successiva forte pioggia negli ecosistemi acquatici e terrestri. Lì interagiscono e influenzano gli organismi microbici e si accumulano ulteriormente lungo la catena alimentare17.

Le particelle possono rimanere nell'ambiente per secoli, se non millenni, a causa della loro lunga emivita, imputabile alla loro bassa biodegradabilità18. Uno dei composti tossici più importanti presenti nei pneumatici in termini di quantità è lo zinco, ovvero i pneumatici contengono circa l'1% di zinco19. Alcuni effetti avversi sono già descritti20,21,22,23,24, ma l'impatto complessivo sulle comunità microeucariotiche non è ancora sufficientemente studiato5,25,26,27,28,29 poiché gli effetti delle nano- e microparticelle e delle sostanze tossiche associate sono per lo più sconosciuto30.

Inoltre, per l'abrasione dei pneumatici non è chiaro in che misura gli effetti potenziali siano causati dalle nanoplastiche o dai composti tossici adsorbiti o incorporati nelle particelle nanoplastiche4,7,8,13,28,31,32,34,35,,32.

Sono probabili forti effetti sulle comunità microeucariotiche poiché sono probabili effetti dannosi sia diretti che indiretti attraverso il contatto fisico, la fagocitosi, l'alimentazione e l'accumulo attraverso la rete alimentare37,38,39,40. Un cambiamento nelle comunità batteriche è stato dimostrato da Fu et al. suggerendo effetti indiretti sui microeucarioti cioè attraverso le interazioni alimentari41,42. È noto che gli effetti delle micro e nanoplastiche aumentano con la diminuzione delle dimensioni delle particelle43,44,45,46,47. Le nanoplastiche possono permeare nelle membrane lipidiche48 portando alla perossidazione lipidica49 e alla rottura della membrana cellulare mediante contatto diretto, perforazione fisica, plasmolisi e stress fisiologico20,50,51,52,53,54. È stato inoltre dimostrato che le nano e microplastiche causano una diminuzione del contenuto di clorofilla e dell'attività fotosintetica nelle colture di microalghe, indipendentemente dall'inibizione della crescita e dagli effetti di ombreggiatura43,52,55,56. Gli effetti sottostanti sono diversi e vanno dal ridotto assorbimento di CO2 all’aumento della produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS), tilacoidi distorti e geni della fotosintesi influenzati negativamente43,52,55,56.