Пластисфера как часть биосферы

Е. Котина

Как известно, пластиковый мусор плох тем, что он не разлагается, а остается в земле на десятки лет. И не только в земле. Именно эта разновидность мусора наиболее часто встречается в Мировом океане. Бутылки, пакетики, обрывки упаковок и рыболовных сетей дрейфуют по воле волн, их несут морские течения, они сбиваются в островки и рвутся на мелкие кусочки, которые, однако, не исчезают, а продолжают свое вечное плавание... На Земле производится 245 миллионов тонн пластиков ежегодно, по 35 кг на каждого человека. По данным 2010 года, в Саргассовом море, где аккумулируется мусор с обширных пространств Атлантического океана, пластиковых отходов скопилось более 1100 тонн.

Гладкие предметы, плавающие в теплой воде у поверхности, — отличная жилплощадь для микроорганизмов. Океанологи давно присматриваются к обитателям бескрайнего архипелага под названием PMD (plastic marine debris — пластиковый морской мусор). В 2011 году сотрудник Океанографического института в Вудс-Холе (США) Трейси Минсер рассказал в интервью журналу «Nature» про бактерий, которые едят пластики в океане. Изображения клеток были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. «Представьте, что вы взяли раскаленный брикет угля и сунули его в снег, — рассказывал Трейси Минсер. — Мы увидели такое плавление вокруг клеток, они прямо-таки зарывались в пластик». Бактерий, разлагающих пластмассы, еще раньше находили на свалках, но в океане их встретили впервые.

Генетический анализ подтвердил, что бактериальное сообщество PMD отличается от микрофлоры окружающей воды или тех же саргассовых водорослей. Примерно четверть бактерий принадлежала к роду Vibrio, которые в морской воде встречаются куда реже. Нашли там и эукариотические (содержащие ядро) клетки, например диатомовых водорослей. «Это может быть маленьким миром, который мы создали, к добру или к худу», — сказала другая участница исследования, генетик Линда Амарал-Цеттлер.

В июле этого года опубликована новая работа той же группы ученых. Они ловили сеткой мелкие кусочки пластика в разных участках Атлантического океана. Химический состав образцов проверяли методом раман-спектроскопии (маркировки на обрывках, естественно, не было), клетки, растущие на необычном субстрате, наблюдали под сканирующим электронным микроскопом. Секвенирование геномов подтвердило, что кусочки полиэтилена и полипропилена стали основой необычной экосистемы. Здесь живут автотрофы (те, кто используют энергию солнечного света для синтеза органики, как, например, цианобактерии) и гетеротрофы, питающиеся чужой органикой, хищники и симбионты — словом, на обрывках упаковки обитает целое сообщество, которое ученые назвали «пластисфера».

Электронная микроскопия снова показала, что некоторые бактерии активно гидролизуют углеводородные полимеры, а сравнение генных последовательностей с имеющимися в базах данных помогло определить их одовую принадлежность. Некоторые из этих бактерий, по неопубликованным данным авторов, могут быть патогенными, а пластик, мигрирующий в океане, следовательно, — переносчиком инфекционных заболеваний. Но пожалуй, их пищевые пристрастия настораживают еще больше.

Предположим чисто теоретически, что они станут разлагать пластик быстрее и эффективнее. Вспоминается знаменитый научно-фантастический ужастик Кита Педлера и Джерри Дэвиса «Мутант-59»: «Клетки выделяли ферменты, и те разрушали хитросплетения созданных человеком молекул. <...> Девица в панике повернулась и увидела, что ее новомодный плащ расползся на плече, как ветхое рубище. Она сидела, словно парализованная, с застывшим лицом, потом вскрикнула. На крик прибежала стюардесса. В салоне первого класса дородный багровощекий пассажир по-прежнему сладко похрапывал — он так и не просыпался с самого начала полета. Безразличный ко всему на свете, благоухающий парами бренди, он, разумеется, не мог заметить, как меняется форма его очков...» Пластикоядные бактерии чуть не погубили цивилизацию, хотя цели у исследователей были самые благородные: создать биодеградируемый пластик, или бактерию, которая может питаться обычными пластиками, или то и другое сразу…

Наверняка в реальности все будет происходить не так стремительно и драматично, как в романе, и вообще, ближайшая опасность — совсем не в том, что они съедят всю изоляцию и все пластмассовые детали вокруг нас. Пластики часто содержат токсичные вещества, например фталаты. Кроме того, они адсорбируют органические загрязнители, уже плавая в океане. Эти вещества могут высвобождаться при разрушении материала или попадать в клетки бактерий-полимерофагов, потом в клетки микроорганизмов, питающихся бактериями, и далее по пищевой цепочке. Опасными могут быть и мелкие частицы пластика, разрушенного бактериями.

В дальнейшем ученые из Вудс-Хола планируют исследовать механизмы, с помощью которых бактерии прикрепляются к пластику и разлагают его. Возможно, когда-нибудь у нас появятся биореакторы с ферментами, где полиэтиленовые пакеты легко растают и превратятся обратно в этилен. А может, сразу в этанол…

pic_2013_08_33.jpg
Бактерии не просто прикрепляются к кусочку пластика, они проедают в нем дыры. Видно, что некоторые клетки делятся

Литература

E.R.Zettler, T.J.Mincer, L.A. AmaralZettler. Life in the «Plastisphere»: Microbial communities on plastic marine debris. «Environmental Science and Technology», 2013, 47 (13), 7137—7146, doi:10.1021/ es401288x

Разные разности
Долгожители обязаны вирусам
Почему при прочих равных условиях одни доживают до ста лет, а другие — нет? Исследователи из Копенгагенского университета решили поискать ответ на этот вопрос в кишечнике долгожителей, а точнее — в том гигантском сообществе бактерий, которы...
Сердце требует движения
Огромное количество исследователей во всем мире изучает сердечно-сосудистые заболевания и пытается найти универсальное решение. И на самом деле все они сходятся в одном: универсальное решение есть, и это — движение.
Фантастический телескоп
Два года назад NASA запустило в космос уникальную инфракрасную обсерваторию, до сей поры невиданную — телескоп Джеймс Уэбб. Мы уже рассказывали об этом, но не грех и повторить, потому что это настоящее рукотворное чудо.
Петух в зеркале
Есть ли окно, которое позволит нам заглянуть в разум животного? Да, есть! Это — зеркало. Ученые используют специальные тесты с зеркалом, которые называются «зеркальное самоузнавание». Вообще-то есть сомнение в их универсальности и недавно появил...