Mariene Dieren Consumeren Microplastics en Stoten Deze Uit in Hun Feces, Wat Risico’s Voor de Zeeomgeving Met Zich Meebrengt

Prof. Shenkar tijdens een onderzoeksduik. Credit: Dr. Tom Shlesinger.

Een nieuwe studie van de Universiteit van Tel Aviv heeft verontrustende bevindingen onthuld over de verspreiding van microplastics in het mariene voedselweb. In de afgelopen jaren hebben talrijke studies de gevaren onderzocht van mariene dieren, en meer specifiek, filtervoedende organismen die niet-afbreekbare microplasticdeeltjes innemen.

In de huidige studie probeerde het onderzoeksteam te begrijpen hoe de biologische filtratie door filtervoedende organismen de microplastics in hun omgeving beïnvloedt. De bevindingen geven aan dat de deeltjes in de uitwerpselen van mariene dieren worden uitgescheiden, waardoor ze voor de mariene omgeving niet meer als plastic herkenbaar zijn, maar mogelijk als ander organisch materiaal dat geschikt is voor consumptie. Bovendien beïnvloedt de aanwezigheid van microplastics in de uitwerpselen de verspreiding ervan, wat leidt tot accumulatie van uitwerpselen en plastic deeltjes. Dit kan de niveaus van koolstof en stikstof op de zeebodem verhogen en leiden tot algenbloei, wat een kritieke impact heeft op de balans van het mariene voedselweb.

Het onderzoek werd uitgevoerd door Ph.D. student Eden Harel van de School of Zoologie aan de Wise Faculty of Life Sciences, Prof. Noa Shenkar van de School of Zoologie en het Steinhardt Museum voor Natuurlijke Geschiedenis, en Prof. Ines Zucker van de School of Werktuigbouwkunde en de Porter School voor Milieu- en Aardwetenschappen, allemaal aan de Universiteit van Tel Aviv. De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Chemosphere.

Prof. Shenkar legt uit: “Ongeveer tien jaar geleden, toen het bewustzijn van het plasticvervuilingsprobleem in de mariene omgeving begon te groeien, richtten veel onderzoekers zich op het identificeren van de locatie en de schaal van microplasticdeeltjes. Recentelijk is de onderzoeksfocus verschoven naar de effecten en schade veroorzaakt door microplastics. Veel experimenten in dit gebied worden echter uitgevoerd met schoon, gekocht plastic, terwijl plasticdeeltjes in de zee worden blootgesteld aan een breed scala van invloeden en verontreinigingen.”

“We wilden onderzoeken of en hoe plastic verandert na het passeren van het spijsverteringsstelsel van een marien organisme en hoe dit proces de aanwezigheid van plastic en de beschikbaarheid voor andere organismen beïnvloedt.”

Het laboratorium aan de Universiteit van Tel Aviv waar het experiment werd uitgevoerd. Credit: Eden Harel.

De onderzoekers creëerden een experimenteel systeem in het laboratorium dat zeewater simuleerde met ascidiën – mariene dieren die efficiënt en willekeurig kleine deeltjes uit het water filteren. Ze exposeerden de ascidiën aan twee soorten plastic deeltjes: conventioneel polystyreen (PS), dat veel wordt gebruikt, en polylactic acid (PLA), dat als biologisch afbreekbaar en milieuvriendelijk bioplastic wordt gepromoot. Vervolgens onderzochten ze de impact van het filtratieproces van de ascidiën op de concentratie en distributie van plastic deeltjes in het water op vier tijdstippen: op het moment van blootstelling, na twee uur (toen de ascidiën al het beschikbare water hadden gefilterd en de microplasticdeeltjes hadden ingenomen), na 24 uur, en na 48 uur (na de spijsvertering en de uitscheiding van uitwerpselen in het water).

De bevindingen toonden aan dat ongeveer 90% van de polystyreen deeltjes na twee uur filtratie uit het water werd verwijderd, maar dat alle deeltjes na 48 uur terugkwamen in het water, na passage door het spijsverteringsstelsel. In tegenstelling hiermee nam de concentratie van PLA-deeltjes in het water aanzienlijk af en bleef deze gedurende 48 uur laag; grotere PLA-deeltjes breken waarschijnlijk af tijdens de spijsvertering en keren terug naar het water als kleinere, niet-detecteerbare nano-deeltjes.

In de tweede fase van de studie onderzochten de onderzoekers wat er was gebeurd met de microplasticdeeltjes die waren gefilterd, verteerd en terug in de waterkolom uitgescheiden. Daartoe isoleerden ze microplasticdeeltjes uit de uitwerpselen van de ascidiën en analyseerden ze deze met behulp van Raman-spectroscopie, een geavanceerd apparaat dat de chemische samenstelling van materialen identificeert door een laserstraal te verstrooien. Harel legt uit: “We ontdekten dat het gevoelige spectroscopie-apparaat het materiaal helemaal niet als plastic kon identificeren, maar in plaats daarvan de deeltjes als een ander type organisch materiaal identificeerde. Onze bevindingen toonden aan dat microplasticdeeltjes uit het spijsverteringsstelsel van de ascidie worden uitgescheiden, bedekt met een fecale laag, en het is waarschijnlijk dat de mariene omgeving deze deeltjes ook als dit organisch materiaal herkent.”

“Aangezien veel mariene dieren zich voeden met uitwerpselen, kunnen ze plastic innemen dat zijn eigenschappen heeft veranderd en het als voedsel beschouwen. Op deze manier worden ze ook blootgesteld aan microplastics en verspreiden ze deze verder binnen het mariene voedselweb. De fecale coating kan dienen als substraat voor bacteriële kolonisatie en de hechting en accumulatie van verontreinigende stoffen zoals zware metalen en residuele organische stoffen (zoals antibiotica) op de plastic deeltjes verhogen.”

De onderzoekers analyseren de afscheidingen van mariene dieren. Credit: Eden Harel

Prof. Zucker voegt toe: “Dit fenomeen heeft ook invloed op bioplastics die als ‘biologisch afbreekbaar’ worden gepromoot: tenzij aan de voorwaarden voor volledige afbraak wordt voldaan, blijven ze als deeltjesvervuiling die eigenschappen verandert tijdens de passage door het spijsverteringsstelsel. De vele transformaties die plastic deeltjes ondergaan in de omgeving – van verwering tot spijsverteringsprocessen, zoals in deze studie onderzocht – veranderen ze in dragers van verontreinigingen en ziekten binnen het voedselweb.”

In de derde fase van de studie onderzochten de onderzoekers het omgekeerde effect: hoe microplasticdeeltjes de uitwerpselen beïnvloeden, een organisch materiaal dat een cruciale rol speelt in de mariene ecologie. Harel legt uit: “We ontdekten dat plastic belangrijke fysieke eigenschappen van uitwerpselen verandert. Normale uitwerpselen zinken zeer langzaam door de waterkolom, wat dient als voedsel voor veel organismen onderweg. In tegenstelling hiermee zinken uitwerpselen met microplasticdeeltjes snel naar de zeebodem. Dit verwijdert een belangrijke voedingsbron uit de waterkolom.

“Bovendien verminderde de snellere zinksnelheid de verspreiding van de uitwerpselen, wat leidde tot accumulatie van uitwerpselen en plastic deeltjes dicht bij waar de dieren zich vestigen. Deze accumulatie kan de niveaus van koolstof en stikstof op de zeebodem verhogen en algenbloei triggeren, wat weer een andere kritieke impact van microplastics op de balans van het mariene voedselweb vertegenwoordigt.” De onderzoekers concluderen: “In deze studie hebben we belangrijke aspecten onthuld van de invloed van filtervoedende dieren op de kenmerken van microplasticdeeltjes in hun omgeving en binnen het mariene voedselweb. De meest verontrustende conclusie is dat het microplasticprobleem veel complexer is dan aanvankelijk gedacht.

“Plasticvervuiling in de mariene omgeving heeft veel onverwachte dimensies, en de complexiteit blijft toenemen. Soms kunnen wij of de omgeving het zelfs niet meer herkennen als plastic. Naarmate de tijd verstrijkt, blijft plastic steeds meer mariene ecosystemen schaden. Het is onze plicht om nieuwe technologieën te ontwikkelen om dit gevaarlijke fenomeen te beperken.”