Mikroplastiki a organizmy wodne

W środowisku wodnym najczęściej spotykanymi mikroplastikami są: polipropylen, polietylen, polistyren, polichlorek winylu oraz politereftalan etylenu. Polimery te stosuje się m.in. do wyrobu opakowań i włókien syntetycznych. Ich właściwości fizykochemiczne, takie jak rozmiar, kształt, gęstość, skład, znacząco wpływają na transport i rozprzestrzenianie się w wodzie. Problemem nie jest jednak tylko łatwa ekspansja i trudna, powolna, trwająca nawet kilkaset lat degradacja mikroplastików – są one także trawione przez wiele organizmów żyjących w ekosystemie wodnym. Należą do nich np. niektóre ryby, ptaki, zooplankton, małże, żółwie, a nawet ssaki wodne. Po spożyciu mikroplastik może odkładać się w organizmach, a nawet być transportowany między różnymi tkankami. Jest to niezwykle niebezpieczne, z uwagi m.in. na powodowanie wewnętrznych i zewnętrznych obrażeń, blokowanie układu trawiennego, hamowanie wzrostu czy płodności. Co więcej, do mikroplastiku mogą być przyłączane różne niepożądane związki chemiczne podczas produkcji danego wyrobu, które później trafiają wraz z nim do mórz i oceanów. Naukowcy wykryli obecność pestycydów, herbicydów, cząsteczek tlenku tytanu oraz metali ciężkich na mikroplastikach, w związku z czym organizmy wodne są narażone na zwiększone ryzyko zachorowania na nowotwory lub inne schorzenia związane z obniżeniem odporności. 

Mikroplastiki a inne zanieczyszczenia

Właściwości powierzchniowe mikroplastików w środowisku wodnym mogą zmieniać się diametralnie (np. poprzez uleganie korozji), pozwalając na adsorpcję innych zanieczyszczeń na ich powierzchni. W rezultacie inne szkodliwe związki mogą być transportowane na mikroplastikach na duże odległości. Na właściwości mikroplastików wpływają również związki chemiczne, które zostały dodane podczas ich produkcji. Już same te związki mogą powodować problemy zdrowotne (np. bisfenol wpływa negatywnie na układ hormonalny), a ułatwiając adsorpcję innych szkodliwych cząsteczek, dodatkowo zwiększają zagrożenie. Na adsorpcję zanieczyszczeń na mikroplastikach wpływa przede wszystkim polarność cząstek, pH wody, rodzaj polimeru w łańcuchu głównym plastiku oraz obecność innych związków chemicznych w wodzie. Jony metali ciężkich znajdują się w ekosystemie wodnym głównie ze względu na używanie antykorozyjnych farb. Mechanizmy ich adsorpcji na mikroplastikach nie są jednak jeszcze całkowicie określone. Naukowcy z Portugalii odkryli dużą zdolność adsorpcji jonów miedzi i cynku przez polistyren oraz polichlorek winylu. Jako główny mechanizm wskazali interakcje elektrostatyczne między dodatnio naładowanymi jonami a powierzchnią mikroplastików, ale przy tym zauważyli, że na adsorpcję duży wpływ ma również kształt oraz porowatość cząstek. Badania przeprowadzone z nylonem pokazują, że ten ma duże powinowactwo do jonów ołowiu. Ponadto adsorpcji tego jonu sprzyja obecność chlorku sodu, co sugeruje zwiększone ryzyko zachodzenia tego procesu w wodach słonych. Z kolei polietylen efektywnie adsorbował jony chromu oraz kadmu. Większą zdolność adsorpcji jonów metali ciężkich wykazywały również mikroplastiki ulegające procesowi starzenia się, spowodowanemu promieniowaniem ultrafioletowym i oddziaływaniem chemicznym innych związków.

Niebezpieczne substancje farmaceutyczne – wpływ na antybiotykooporność organizmów

Zagrożenie dla organizmów żywych stwarzają też trwałe związki organiczne, które są toksyczne i raz uwolnione do środowiska wodnego, znajdują się tam przez długi czas. One także adsorbują się na mikroplastikach, a badania wykazały, że większość z nich odznacza się wówczas zwiększoną toksycznością. Oprócz związków chemicznych, takich jak fenantren, antracen, benzopiren czy fluoranten, należą do nich również substancje farmaceutyczne. Niebezpieczeństwo związane z ich obecnością w środowisku wynika z możliwości nabycia oporności na ich działanie przez organizmy żywe. Naukowcy odkryli już wiele bakterii, które wykazują działanie antybiotykooporne w wyniku zbyt długiego narażenia na kontakt z antybiotykami. Doprowadziło to również do wytworzenia specjalnych genów, a zatem antybiotykooporność może już być przekazywana wraz z DNA! Nabycie odporności na działanie antybiotyków będzie z kolei skutkować tym, że choroby wywoływane przez bakterie mogą ponownie stać się śmiertelne.

Antybiotyki adsorbują się na mikroplastikach za pomocą wiązań wodorowych, jednak jest to też zależne od budowy obu tych substancji. Badania przeprowadzone w Chinach w 2017 r. dowiodły, że adsorpcja zależy również od polarności i struktury krystalicznej mikroplastiku. Zauważyli także, iż jest ona większa w wodach słodkich niż słonych, co jest związane prawdopodobnie z wpływem pH i siły jonowej na proces. Według tych badań poliamid wykazywał największe powinowactwo do antybiotyków, takich jak tetracyklina, amoksycylina i cyprofloksacyna, które są jednymi z najczęściej stosowanych substancji farmaceutycznych. Inni naukowcy z Chin odkryli natomiast, że polietylen może skutecznie zaadsorbować nie tylko antybiotyki, takie jak tetracyklina lub sulfadiazyna, ale również same antybiotykooporne bakterie. Jest to szczególnie niebezpieczne, ze względu na możliwość przenoszenia ich na duże odległości na powierzchni mikroplastików i w ten sposób – przekazywania szkodliwych genów. Badacze z Portugalii dowiedli, że zarówno mikroplastiki, jak i antybiotyki negatywnie wpływają na mikroorganizmy znajdujące się w środowisku wodnym. Przyspieszają rozkład antybiotyków, chociażby doksycykliny, z której w trakcie takiego procesu powstają bardziej toksyczne związki chemiczne, oddziałujące następnie na mikroorganizmy. Badania wykazały, że doksycyklina zaadsorbowana na mikroplastikach obniża poziom chlorofilu w algach Tetraselmis chuii o niemal 98%, a dodatkowo – znacząco hamuje ich wzrost.