Влияние нанопластика (мельчайших частиц пластика) на водные организмы, такие как рачок дафния (Daphnia magna) и зеленая водоросль сценедесмус (Scenedesmus quadricauda), изучили специалисты биофака МГУ, сообщает 16 января пресс-служба университета.

В результате исследования изменений жизненных показателей дафнии и сценедесмуса, вызванных наличием полистирола в воде, ученые установили, что эти частицы у дафний влияют на размеры, плодовитость и на эмбриональное развитие рачков.

У водорослей эти наночастицы, размеры которых составляли 0,1 мкм и менее, оказывали влияние на их численность, размеры, количество живых клеток в культуре, фотосинтез и даже на число клеток в ценобиях (скоплениях независимых, но живущих вместе клеток).

Частицы нанопластика могут легко проходить сквозь механические и биологические фильтры и активно распространяться в окружающей среде. Но их биологическое влияние на живые организмы практически не изучено из-за объективных методологических сложностей.

Работа биологов МГУ, которая проводилась в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Будущее планеты и глобальный изменения окружающей среды», проект «Пластиковое загрязнение и его судьба в водных экосистемах», устанавливает критические концентрации наночастиц полистирола в водной среде, способные причинить вред живым организмам.

Полученные результаты ученые представили в статье «Исследование влияния наночастиц пластика на представителей фито- и зоопланктона», опубликованной в журнале «Экологические системы и приборы».

Работы по изучению глобальной проблемы пластикового загрязнения Мирового океана обычно особое внимание уделяют тонким размерным фракциям пластика, обнаруженным в водной толще самых удаленных от суши акваторий, в живых морских организмах и в донных отложениях.

При этом рассматриваются количественные показатели и биологические эффекты для пластиковых частиц размером 300 мкм и более (так как более мелкие частицы нельзя уловить рутинными методами).

В то время, как именно частицы нанопластика, преодолевающие биологические барьеры и накапливающиеся в тканях живых организмов, можно рассматривать как токсикологические агенты, чье воздействие на живые объекты имеет совсем иные механизмы, нежели более крупные частицы пластика.

Соавтор статьи, аспирантка кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета МГУ Анна Лазарева рассказала о проведенном исследовании:

«Со временем крупные пластиковые отходы, находящиеся в контакте с окружающей средой, разрушаются и крошатся, распадаясь на микро- и наночастицы, которые легко проникают в организмы живых существ, влияя на их состояние. Мы изучали влияние наночастиц полистирола — одного из самых распространенных видов пластика — на водных обитателей, относящихся к разным уровням трофической цепи: на рачка дафнию и на зеленую водоросль сценедесмус».

Лабораторное исследование изменения жизненных показателей культур дафний и микроводорослей, проведенное в МГУ, проходило в присутствии в водной среде наночастиц полистирола размером 0,1 мкм. Технология их получения гарантировала для этих частиц точные размерные характеристики.

Лабораторные наблюдения позволяли исключить из эксперимента воздействие на тестируемые организмы случайных факторов, обязательно присутствующих в природных условиях и способных существенно повлиять на его результаты.

Исследователи добавляли в минеральную среду с экспериментальными культурами микроводорослей эмульсию наночастиц полистирола заданной концентрации и смотрели, как изменяются жизненные показатели тестируемых организмов в зависимости от концентрации наночастиц по сравнению с показателями контрольной группы, в среде которой пластика не было.

В экспериментах с дафниями исследователи изучали изменения плодовитости, линейных размеров тела и выживаемости рачков. Для сценедесмуса выявляли изменение численности и размеров клеток, эффективность фотосинтеза, долю живых клеток в популяции и количество клеток в их естественных агрегатах — ценобиях.

На выживаемость дафний наночастицы пластика в любой концентрации практически не влияли, однако ее увеличение приводило к уменьшению размеров тела рачков и снижению их плодовитости, что говорит о негативном влиянии наночастиц полистирола на эмбриональные стадии развития дафний.

Кроме того, было установлено, что только первое поколение потомства дафний, на которых воздействовал нанопластик, имело серьезные пороки развития, не позволяющие им дожить до половозрелости. Последующие поколения рачков уже не имели пороков развития, что, полагают ученые, может быть связано с действием системы репарации, способной частично устранять в живых организмах негативные последствия воздействия нанопластика.

Иначе — мозаично — в присутствии микропластика менялись показатели жизнедеятельности микроводорослей Так, увеличение концентрации в их среде наночастиц полистирола могло ухудшить их состояние по одному из анализируемых показателей, а по другим ухудшения не было. Общебиологические показатели — численность клеток и доля живых клеток в популяции, а также размер клеток и их количество в ценобии менялись асинхронно как между собой, так и с отдельными физиологическими показателями, а именно — с эффективностью фотосинтеза.

«Из полученных нами данных следует, что повышение количества наночастиц пластика в окружающей среде способно вызывать многие нарушения в функционировании водных организмов разных трофических уровней, а именно — первичных и вторичных продуцентов, т. е. микроводорослей и дафний. В нашем случае первичным продуцентом является зеленая микроводоросль сценедесмус», — пояснила Валентина Ипатова, доцент, старший научный сотрудник кафедры общей экологии и гидробиологии биологического факультета МГУ.

Поскольку эта водоросль является начальным звеном в пищевой цепочке пресноводных экосистем и отвечает при этом за производство кислорода в них, то ухудшение состояния популяций этой и других водорослей может привести к серьезным последствиям для судьбы водных экосистем, отметила Ипатова.

В планах исследователей изучение влияния на водных обитателей частиц нанопластика из других видов пластмасс, а также проведение экспериментов по количественному определению накопленных наночастиц пластика в различных тканях исследуемых организмов и их распределение в организме.