Mikroorganizmy żyjące na zalegających w morzach plastikowych śmieciach mają nietypowo duże genomy i liczne geny, które dostosowują je do przetrwania w ekstremalnych warunkach. To zła wiadomość - mówią naukowcy.

W oceanach zalegają biliony różnej wielkości fragmentów plastiku, które często gromadzą się w tzw. wyspy śmieci - przypomina zespół z Centrum Badań Środowiskowych im. Helmholtza (UFZ) i Centrum Badań Oceanicznych GEOMAR im. Helmholtza.

Naukowcy z tych ośrodków zbadali mikrobiologiczne środowisko w dwóch takich miejscach – na Wielkiej Pacyficznej Plamie Śmieci i Północnoatlantyckiej Plamie Śmieci.

„Z perspektywy taksonomicznej plastisfera została już dobrze zbadana. Znacznie mniej wiadomo jednak o strategiach funkcjonalnych, które mikroorganizmom, tworzącym na plastikach biofilm, umożliwiają przetrwanie w skrajnych warunkach środowiska ubogiego w składniki odżywcze i silnie narażonego na promieniowanie UV” – mów dr Mechthild Schmitt-Jansen z UFZ, współautorka badania opisanego w magazynie „Environmental Pollution”.

Ekspert i jego zespół zsekwencjonował metagenomy, czyli całkowite DNA analizowanych zespołów mikroorganizmów, a następnie porównał strukturę i funkcje metagenomów mikroorganizmów zasiedlających plastisfery w Oceanie Spokojnym i Atlantyckim - z metagenomami planktonu naturalnie występującego w morzu.

Analizy koncentrowały się na genach funkcjonalnych – odcinkach DNA kodujących ważne funkcje organizmów, a tym samym - stanowiących podstawę procesów biologicznych.

„Geny funkcjonalne zawierają informację genetyczną, która umożliwia mikroorganizmom wytwarzanie białek, kontrolowanie procesów metabolicznych, budowanie struktur komórkowych i regulowanie procesów sygnalizacyjnych wewnątrz komórki” - tłumaczy dr Erik Borchert, współautor publikacji.

Po analizie ok. 340 kluczowych genów tego typu badacze stwierdzili, że bakteryjny metagenom plastisfery znacznie różni się od metagenomu naturalnych społeczności planktonu w Oceanie Spokojnym i Atlantyckim - zarówno pod względem struktury, jak i funkcji.

Jak się okazało, metagenom ten zawiera więcej genów funkcjonalnych, które umożliwiają mikroorganizmom zasiedlającym plastisferę przetrwanie w skrajnych warunkach otwartego oceanu.

- Mikroorganizmy tworzące biofilm mają więcej kopii genów, co pozwala im skutecznie pobierać składniki odżywcze, wykorzystywać i rozkładać źródła węgla oraz albo bronić się przed promieniowaniem UV za pomocą skutecznych mechanizmów, albo szybko naprawiać uszkodzenia genomu - mówi biolog z UFZ i główny autor pracy, dr Stefan Lips.

Bakterie te mogą też wykorzystywać alternatywne źródła energii, takie jak fotosynteza anoksygeniczna, która nie prowadzi do wytwarzania tlenu.

Eksperci zauważyli też też, że genomy mikroorganizmów zasiedlających plastisferę są znacznie większe, niż genomy naturalnie występującego planktonu morskiego. Jak wyjaśniają, w toku ewolucji naturalny plankton przystosował swoje genomy do środowisk ubogich w składniki odżywcze i znacznie zmniejszył ich rozmiar. Mikroorganizmy w plastisferze nie muszą tego robić, ponieważ korzystają ze wspólnych procesów metabolicznych mikroorganizmów żyjących na cząstkach plastiku, a tym samym z lepszej dostępności składników odżywczych.

Ponadto w biofilmie na plastikach stwierdzono relatywnie wysokie stężenia chlorofilu a (główny rodzaj chlorofilu), w porównaniu z planktonem.

„To pokazuje, że w ujęciu względnym mikroorganizmy zasiedlające plastisferę mają potencjał do wytwarzania większej ilości biomasy, niż otaczający je plankton. Tworzy to eutroficzne nisze w ubogim w składniki odżywcze środowisku otwartego oceanu” – mówi dr Schmitt-Jansen.

To wszystko oznacza dobre dostosowanie się mikroorganizmów do życia na plastiku.

„Nie jest to jednak dobry sygnał dla oceanów, ponieważ za zdrowy uznaje się wyłącznie ich pierwotny, naturalny stan, a każde odejście od niego traktowane jest jako pogorszenie” - podkreśla dr Lips.

To, czy wzrost biofilmu na plastiku zaburza cykle chemiczne wrażliwych ekosystemów, pozostaje przedmiotem dalszych badań.

„Ponieważ mikroorganizmy wykorzystują plastik jako siedlisko, a nie jako źródło składników odżywczych, jest mało prawdopodobne, by pomagały usuwać plastik z oceanów” - podkreśla dr Borchert.

Dlatego - przypominają naukowcy - tak ważne jest, aby jak najszybciej położyć kres zanieczyszczeniu środowiska plastikiem.

Marek Matacz

mat/ zan/