Батрахоспермум № 26(88) – Пластисфера!

пластисфера

Гавайская поговорка описывает пляж Камило на юго-восточном побережье острова Гавайи как место встречи для тех, кто потерялся в море. На протяжении истории в этом месте к берегу прибивалось все, что пассивно плавало в океане: потерпевшие кораблекрушение путешественники, тела погибших животных, куски вечнозеленой древесины с других континентов, из которой гавайцы тут же принимались строгать себе каноэ. Но в прошлом веке состав приходящего материала изменился: теперь это зубные щетки, расчески, пластиковые бутылки и стаканчики.

Гавайи расположены внутри Северного Тихоокеанского кольца течений, где попавший в ловушку мусор может циркулировать годами, стягиваясь к Большому тихоокеанскому мусорному пятну, а точнее, к его восточному крылу между Гавайями и Калифорнией – Восточному мусорному пятну. При смене течений часть этого мусора попадает на Гавайи и вымывается на пляжи вроде Камило. Какие-то предметы приплыли с западных берегов Северной Америки, другие из Азии – мусор совершает грандиозные океанские путешествия по всей Северной Пацифике.

Таких крупных мусорных пятен, поддерживаемых субтропическими кольцевыми течениями, на Земле пять, а в ближайшие десятилетия, согласно прогнозам, в арктическом Баренцевом море сформируется шестое – и, возможно, его формирование уже началось.

Мировой океан все больше и больше обрастает поверхностным слоем пластмассы, которая попадает туда в результате деятельности человека. Но неверно было бы сравнивать этот слой с полиэтиленовым пакетом, который люди надевают на свою планету и под которым она вскоре задохнется вместе с недальновидным человечеством. В действительности жизнь настолько изворотлива, что берет верх над этим «пакетом». Происходит удивительная вещь: одиозный пластик вдруг проявляет себя как центр притяжения жизни, формируя при себе уникальные экосистемы. Похоже на то, что наряду с гидросферой, литосферой и атмосферой за последние полвека на Земле образовалась принципиально новая среда обитания – пластисфера.

Новая оболочка Земли

В 1972 году американские океанологи прочесывали поверхность Саргассова моря в северной части Атлантического океана, собирая бурые водоросли саргассы, как вдруг их сети – тятя! тятя! – притащили неожиданный улов. Кусочки пластика, много пластика, масса пластика! 3500 частиц на квадратный километр насчитали тогда ученые и задумались о будущем: «Увеличение производства пластика, возможно, приведет к повышению его концентрации на поверхности океана», – написали они в статье в журнале Science. Уже недавние подсчеты предъявили нам 5,25 трлн пластиковых частиц по всему Мировому океану, общим весом 268 940 тонн. Для некоторых участков океана это означает порядок в сотни тысяч частиц на квадратный километр.

Концентрация пластиковых фрагментов разного размера на поверхности Мирового океана. Иллюстрация: Eriksen et al., 2014 / E. Otwell, Science News.

Нет, вы не заметите весь этот пластик, даже оказавшись в местах его наибольшей концентрации. Большое тихоокеанское пятно – это не плавучий остров из мусора, и его не видно на спутниковых снимках. Вы даже не поймете, что проплываете через пятно. Большая часть его пластика представляет собой крошечные частицы размером меньше 5 мм, плавающие ниже поверхности воды. Это синтетические волокна тканей, микрогранулы зубных паст и скрабов, преодолевающие фильтры и попадающие в океан, продукты распада более крупных фрагментов пластика под действием солнечного света – все то, что зовется словом «микропластик».

И вот на этих частицах микропластика в 1972 году океанологи обнаружили одноклеточные диатомовые водоросли. Это было первое свидетельство того, что на пластике может ютиться жизнь. Однако научная общественность была слишком взбудоражена самим фактом наличия огромного количества мусора в океане, так что на сопутствующую ему микрофлору в течение последующих десятилетий попросту не обращали особого внимания. Но в новом веке ситуация начала меняться, и ученые стали постепенно открывать таящееся на пластике биоразнообразие.

Кульминация наступила в 2013 году, когда в журнале Environmental Science & Technology были опубликованы результаты экспедиции в Северной Атлантике. Специалисты из научных центров в Вудс-Холе, штат Массачусетс (США), обнаружили целую россыпь микробов на добытом из океанской воды микропластике. Одни из них создают себе органическую пищу из неорганики при содействии солнечного света (одноклеточные водоросли, цианобактерии), другие питаются ими (хищные инфузории), третьи живут на этих хищниках (симбиотические бактерии). Автотрофы, гетеротрофы, хищники, симбионты – всех нашли на атлантическом пластике ученые, предложившие термин «пластисфера».

Микробы пластисферы под сканирующим электронным микроскопом: диатомовая водоросль и бактериальные филаменты (а); нитчатая цианобактерия (b); хищная сосущая инфузория, покрытая симбиотическими бактериями (с); некие микроорганизмы, обустраивающиеся в ямочках, выщербленных в пластике (d). Цена деления шкал – 0,01 мм. Фото и диаграмма ниже: Zettler et al., 2013.

Все эти микробы обитали на двух распространенных пластиках – полипропилене и полиэтилене – и отличались от тех, что живут в окружающей воде. На полипропилене обнаружилось 799 видов, которых не было на полиэтилене или в воде, на полиэтилене – 413 уникальных видов, в воде – 1789. Лишь 53 вида микробов встретились ученым повсеместно. Получается, скопления пластика являются этакими искусственными микробными рифами со своими условиями. Отсутствие определенных организмов в водных пробах может быть объяснено тем, что они приплыли на своих пластиках из других областей океана, либо слишком низкой их концентрацией в воде.

Помимо Атлантики живущих на пластиковых фрагментах микробов находили в австралийских, прибрежных европейских водах, в обширной зоне между Гавайями и тихоокеанским побережьем США и даже в североамериканских Великих озерах! Состав пластисферных сообществ неодинаков в разных регионах: так, в декабре 2015 года теми же авторами и их коллегами показаны различия микробиот Северной Атлантики и Северной Пацифики. Кроме того, число видов коррелирует с широтой: чем ближе к экватору, тем выше биоразнообразие, что, возможно, связано с температурой.

На микробные популяции пластисферы оказывает влияние и время года. Исследователи из Великобритании и Германии оставляли пластиковые бутылки в Северном море на шесть недель зимой, весной и летом, и выросшие на них бактериальные биопленки с водорослями оказались разными. Сезонные различия были выявлены и при анализе пластиковых кусочков из бельгийских вод того же моря, собранных в марте и августе 2014 года.

Аппетитный пластик

Что же так привлекает микробушек в пластике? Во-первых, это уютная твердая поверхность, на которой можно закрепиться и расти себе в открытом океане. А во-вторых, это же целая тарелочка вкусной еды! В океанской воде азота и фосфора – любимых питательных веществ многих микробов – часто очень мало взвешено, но они легко оседают на твердых поверхностях, как пыль на иконах. На покрытом нутриентами кусочке плавучего пластика весом один грамм может вырасти больше микробной биомассы, чем в тысяче литров океанской воды!

Некоторые микробы, возможно, поедают и сам пластик. В статье о пластисфере 2013 года заявлено о мелких трещинках на атлантическом пластике и округлых ямочках, подходящих по форме к обитающим там микроорганизмам. Такие же следы были обнаружены на пластике из австралийских вод. То ли микробы активно буровят пластик в поиске питательных веществ, то ли им нравится вкус самого пластика, то ли это износ, не связанный с их деятельностью, – ученые оставили вопрос открытым. Но то, что бактерии при желании могут научиться поедать пластик, – факт доказанный, причем совсем недавно.

Бактерии Ideonella sakaiensis и следы их пищевой деятельности на полиэтилентерефталатной пленке. Фото: Yoshida et al., 2016.

В марте этого года в журнале Science японские ученые рассказали об открытой ими бактерии Ideonella sakaiensis 201-F6, которая способна разлагать самый распространенный и очень прочный пластик – полиэтилентерефталат. Лишь несколько видов грибов умеют это делать, а у прокариотов способность открыта впервые. Бактерия выделяет два фермента, которые расщепляют полимер на экологически безопасные соединения, что подает надежду на применение микроорганизма в переработке отходов (правда, грибы для этого до сих пор не удалось приспособить). Интересно, что эти ферменты достаточно своеобразны, мало похожи на родственные энзимы, притом что на их разработку и эффективное внедрение в систему метаболизма у бактерий было не так уж много времени – полиэтилентерефталат применяется в промышленности чуть более 60 лет.

Бактерии – пусть. Но пластмассу едят не только они. Покрытые микробами частички пластика привлекают других существ, для которых вкусно пахнущий микропластик кажется прекрасным блюдом на ужин. Так полимеры оказываются внутри зоопланктонных организмов, ракообразных, моллюсков, рыб, птиц, черепах, китов. И людей, употребляющих дары моря. Например, ученые обнаружили пластиковый мусор в 21 из 76 рыб, купленных на рынках Индонезии, и в 6 из 64 рыб, купленных на рынках в Калифорнии (США). Еще больше калифорнийских рыб, а также 4 из 12 устриц носили в себе текстильные волокна. Приятного вам аппетита!

Опасно ли поедание микропластика для здоровья? Сложный вопрос и пока что мало изученный. Некоторые виды полимеров растворимы и могут оказаться в крови и тканях, и тут уже надо оценивать вред отдельных составляющих. Научных наблюдений, из которых можно сделать заключения о пагубности микро- и нанопластика для человеческого здоровья, практически нет. Но имеются данные о воздействии его на других существ. Так, пластиковая диета плохо сказывается на воспроизводстве устриц, а морские черви-пескожилы от попавших в ткани полимеров с химикатами испытывают стресс и теряют аппетит, процессы их жизнедеятельности значительно замедляются. С другой стороны, в тканях мидий крошечные частички пластика могут накапливаться неделями без особого для них вреда.

В целом пластик, попавший в пищеварительную систему животных, не переваривается и с мочой и фекалиями выделяется обратно в океан. И некоторые ученые считают, что экскретированный пластик может влиять на углеродный круговорот, внося вклад в парниковый эффект за счет возврата углекислоты в атмосферу. В норме углекислый газ фиксируется одноклеточными морскими водорослями, затем их поедают животные, частично усваивая углерод, а частично отсылая на дно вместе с испражнениями. Но пластик может дестабилизировать какашечки, и те распадаются до того, как утонут, а содержащие углерод нутриенты в результате остаются плавать у поверхности. Происходит «короткое замыкание» углеродного цикла. А пластик с довольной ухмылкой возвращается в пластисферу.

Турагентство «Пластик Трэвел»

Микробьи челюсти, разбитная деятельность волн и солнечный свет, конечно, оказывают влияние на целостность пластика. Но вообще полимеры крайне долговечны, и это обеспечивает еще одно их важное экологическое свойство – способность осуществлять успешный трансфер живых существ. К древесине, пемзе и другим естественным плотам, издревле перевозившим организмы между островами и континентами, в последние 60 лет добавились тонны пластмассы, которая может бороздить морские просторы веками.

И никто не запретит путешествовать на таких «кораблях» опасным микроорганизмам. Так, в атлантическом пластике были обнаружены бактерии Vibrio, некоторые из которых могут вызывать болезни у рыб и людей. На одном кусочке пластика аж четверть всего микросообщества состояла из вибрионов, хотя обычно доля этих бактерий не превышает одного процента. Распространение патогенных инфузорий Halofolliculina, вызывающих болезнь кораллов, из южной части Тихого океана в сторону Гавайев и даже Карибских островов также могло произойти благодаря пластиковым плотам. Этак и какая-нибудь сверхзараза может при помощи течений распространиться по всему миру из локального очага на мошонке австралийской курицы!

Морские уточки заселили китайскую пластиковую бутылку, вымытую на пляж Гонконга. Фото: Mandy Barker, Smithsonian Magazine.

Не только микробы разъезжают на пластике, многоклеточные тоже совершают длительные круизы на дальние расстояния. В недавней статье в журнале Scientific Reports американские биологи описали целые экосистемы на пластиковом мусоре, смытом в океан японским цунами и вскоре оказавшемся в восточной части Тихого океана. Зеленые и красные водоросли, сидячие стрекающие, кольчатые черви, моллюски, изоподы, крабы, мшанки и даже рыбы – все эти создания были найдены при сборе пластмассы, и все они – тоже обитатели пластисферы. Конечно, их миграции обеспечиваются более крупными фрагментами, нежели микропластик. Кроме того, большую роль в организации их среды обитания служат конкретные ракообразные – морские уточки Lepas, которые первыми заселяют гладкий пластик и делают его пригодным транспортом для остальных.

Существование рыб в пластисфере – это предмет отдельного интереса. Авторы упомянутого исследования не уточняют, какой именно мусор облюбовали обнаруженные ими рыбы из семейств помацентровых и номеевых. Но можно догадаться, что их туда завлекло. Это не первая находка рыб в ассоциации с пластиковым мусором: в 2010 году ученые поведали о целой стайке спинорогов в покрытом водорослями 20-литровом ведре, выловленном в районе мусорного пятна в северной части Атлантического океана. Обычно спинороговые обитают у коралловых рифов, но в данном случае никаких коралловых рифов в радиусе тысячи миль не наблюдалось. Ведро само стало таким искусственным плавучим «рифом».

Еще одни интересные обитатели пластисферы – морские водомерки Halobates sericeus, которые давно уже приноровились откладывать на плавающую пластмассу свои рыжие яйца. В 2002 году океанолог Ланна Чен выловила из Тихого океана пластиковый кувшин, усеянный 70 тысячами яиц, располагавшихся в 15 слоев! По ее оценке, сосудом для своих репродуктивных целей воспользовались около 7000 самок водомерок. Эти насекомые нуждаются в твердой поверхности для откладки яиц и раньше использовали под это дело редко встречающиеся в открытом океане бревна, куски пемзы или ракушки. С увеличением количества пластикового мусора численность водомерок также возрастет, а вот численность их пищи – зоопланктона и икры рыб – снизится. Те же, кто водомерками питается, – крабы, птицы и рыбы – на какое-то время станут сытее и счастливее. То есть в процесс вовлечена вся экосистема региона.

У морской водомерки Halobates sericeus есть яйца, раз она не боится откладывать их на пластик. Фото: Anthony Smith.

Чем больше ученые исследуют пластисферу, тем более очевидна становится неоднозначность проблемы пластикового загрязнения Мирового океана. С одной стороны, ничего хорошего в этом нет – об этом красноречиво возопят морские черепахи, чьи кишечники закупориваются целлофановыми пакетами, так похожими на вкусных медуз, и запутавшиеся в утерянных пластиковых рыболовных сетях млекопитающие и птицы – жертвы так называемой «призрачной рыбалки». Путешествующий по океанам мусор с живыми существами на борту таит в себе угрозу экологических инвазий: пришельцы из иной части света могут вытеснить коренные виды на захваченных территориях, а то и попросту выесть. Проникновение пластика вверх по пищевой цепи и нарушения привычного углеродного цикла тоже позитива не сулят.

С другой стороны, многим видам кусочки пластика предоставляют целый ряд чудесных возможностей – сытно поесть, посмотреть мир, а некоторым даже помогают размножаться. В стремлении избавиться от океанской пластмассы нужно учитывать интересы наших маленьких друзей. Ученые только начинают разбираться в сложных экологических связях, существующих в пластисфере. На наших глазах идет глобальный эксперимент, поставленный природой под напором человека, и результаты его могут оказаться самыми неожиданными.


В обложке использована пластиковая интерпретация гравюры Кацусики Хокусая «Большая волна в Канагаве» (около 1830 г.) в исполнении Бонни Монтелеоне. Также поучаствовал голожаберный моллюск Fiona pinnata, которого иногда находят в ассоциации с пластиковым мусором (фото: Ian Hutton).

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Убедительная просьба не копировать его в соцсети или куда-либо еще без договоренности с редакцией. Если хотите поделиться информацией с вашими подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на этот номер – мы будем рады. И конечно, будем очень признательны за любую поддержку нашего проекта. С уважением, Батрахоспермум.