Fragmentation and depolymerization of conventional and biodegradable microplastics in Eisenia fetida and Eisenia andrei
تُظهر هذه الدراسة أنه بينما يؤدي المرور عبر أمعاء ديدان الأرض من نوع "إيزينيا" (Eisenia) إلى تفتيت وتغيير كيميائي كبير للبولي إيثيلين، والبولي بيوتيلين، والبولي لاكتيك أسيد، فإن البوليمر القابل للتحلل الحيوي (PLA) يسبب التحلل الكيميائي الأكثر شدة ووفيات لديدان الأرض، مما يشير إلى أنه ليس بالضرورة الخيار الأكثر أماناً في التربة الزراعية خلال فترات التعرض القصيرة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
إن التربة تحت أقدامنا هي عالم صاخب من الكائنات الدقيقة التي تقلب وتأكل وتدوّر المواد العضوية، مما يحافظ على خصوبة الأرض وحيويتها. ومن بين هؤلاء العمال توجد ديدان الأرض، التي تُسمى غالباً مهندسي النظام البيئي، لأنها تنقل كميات هائلة من التربة عبر أجسادها. لعقود من الزمن، قلق العلماء بشأن كيفية تأثير التلوث البلاستيكي على هذه الحيوانات، مع التركيز في الغالب على كيفية إلحاق البلاستيك الضرر بالديدان. ولكن برز سؤال جديد أكثر تعقيداً: ماذا يحدث للبلاستيك نفسه عندما يمر عبر دودة؟ البلاستيك ليس مجرد كتل خاملة من النفايات؛ بل هو سلاسل طويلة من الجزيئات التي يمكن أن تتفكك. عندما تأكل الدودة قطعة من البلاستيك، فإن البيئة القاسية داخل أمعائها قد تقطع البلاستيك إلى قطع أصغر أو حتى تغير تركيبه كيميائياً. هذه العملية حاسمة لأنها إذا تسببت في تفكك البلاستيك إلى شظايا غير مرئية أو مواد كيميائية سامة، فقد يصبح أكثر خطورة على التربة والكائنات التي تعيش فيها، بدلاً من أن يكون أقل خطراً.
لقد وضع فريق من الباحثين هدفاً لمراقبة هذه العملية وهي تحدث في الوقت الفعلي، باستخدام نوعين شائعين من ديدان الأرض الموجودة في السماد: Eisenia fetida و Eisenia andrei. أرادوا معرفة ما يحدث عندما تأكل هذه الديدان ثلاثة أنواع مختلفة من الميكروبلاستيك (اللدائن الدقيقة)—وهي جزيئات صغيرة أصغر من ظفر الإصبع. كان نوعان من هذه البلاستيكات من الأنواع التقليدية القائمة على النفط والمعروفة بصلابتها ومقاومتها للتحلل: البولي إيثيلين، وهي المادة المستخدمة في العديد من الأكياس البلاستيكية، والبولي بيوتيلين. أما النوع الثالث فهو حمض البوليلاتيك، وهو بلاستيك مصنوع من نشا النبات ويُسوق على أنه قابل للتحلل الحيوي، مما يعني أنه من المفترض أن يتحلل طبيعياً في البيئة. وضع العلماء الديدان في حاويات تحتوي على سماد ممزوج بهذه البلاستيكات وراقبوها لمدة 35 يوماً. بعد ذلك، استخرجوا الديدان بعناية واستعادوا جزيئات البلاستيك التي مرت عبر أجهزتها الهضمية لقياس مدى تغير البلاستيك بالضبط.
كشفت النتائج عن قصة مفاجئة حول كيفية سلوك أنواع البلاستيك المختلفة داخل كائن حي. أولاً، قامت الديدان بتفتيت جميع أنواع البلاستيك إلى قطع أصغر. في المتوسط، كانت الجزيئات التي أخرجتها الديدان أصغر بنسبة 58 بالمائة تقريباً من تلك التي أكلتها. ومع ذلك، كان نوع البلاستيك يلعب دوراً كبيراً؛ فقد تم تفكيك البلاستيك القابل للتحلل الحيوي، حمض البوليلاتيك، بشكل أكبر، يليه البولي بيوتيلين، بينما تغير البولي إيثيلين التقليدي بأقل قدر. وكان هذا التفكك الفيزيائي يمثل نصف القصة فقط. فعندما فحص الباحثون التركيب الكيميائي للبلاستيك باستخدام ماسح ضوئي خاص يعتمد على الضوء، وجدوا أن البلاستيك القابل للتحلل الحيوي قد تعرض لأكبر قدر من الضرر الكيميائي؛ حيث تم قطع سلاسل جزيئاته بشكل أكثر حدة من السلاسل في الأنواع الأخرى من البلاستيك. في الواقع، كان التغيير الكيميائي متميزاً لدرجة أن الباحثين استطاعوا تحديد نوع البلاستيك الذي أكلته الدودة بدقة بمجرد النظر إلى البصمة الكيميائية للبقايا.
ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة هو كيف أثر هذا التحلل على الديدان نفسها. وخلافاً للأمل في أن تكون البلاستيكات القابلة للتحلل الحيوي أكثر أماناً للطبيعة، سجلت الديدان التي أكلت البلاستيك القابل للتحلل الحيوي أعلى معدلات الوفاة. كان معدل الوفيات للديدان التي أكلت البلاستيك النباتي أعلى بكثير من تلك التي أكلت البلاستيك القائم على النفط. ووجد الباحثون أن نوعاً واحداً من الديدان، وهو Eisenia fetida، كان عموماً أكثر حساسية للبلاستيك من النوع الآخر، لكن هذا الفرق أصبح أكبر بكثير عندما أكلت الديدان البلاستيك الذي يتحلل بشكل أسرع. فكلما زاد تحلل البلاستيك كيميائياً داخل الدودة، زادت احتمالية موت الدودة. وهذا يشير إلى أن عملية تحلل البلاستيك تطلق شيئاً ما—ربما شظايا كيميائية صغيرة أو نواتج ثانوية—يكون ضاراً بصحة الدودة. تسبب البلاستيك التقليدي الصلب في تغيير كيميائي أقل وأدى إلى وفيات أقل، بينما تسبب البلاستيك "الأخضر"، الذي كان من المفترض أن يكون الخيار الأكثر أماناً، في أكبر قدر من الاضطراب الفيزيائي والكيميائي وأعلى معدل وفيات.
استخدمت الدراسة أيضاً نماذج حاسوبية لمعرفة ما إذا كان بإمكانها التنبؤ بهذه النتائج بناءً على البيانات التي جمعتها. كانت الحواسيب جيدة جداً في التنبؤ بالتغيرات الكيميائية للبلاستيك، مما أكد أن نوع البلاستيك هو المحرك الرئيسي لما حدث. ومع ذلك، واجهت الحواسيب صعوبة في التنبؤ بمدى تقلص حجم البلاستيك فيزيائياً. يشير هذا إلى أنه بينما يعد التحلل الكيميائي نتيجة مباشرة لمادة البلاستيك، فإن عملية التقطيع الفيزيائي للبلاستيك داخل الدودة هي عملية فوضوية، تعتمد على الأرجح على عوامل عشوائية مثل كيفية حركة البلاستيك داخل الأمعاء أو مدى الضغط عليه. هذا التمييز مهم لأنه يعني أن مجرد معرفة أن البلاستيك قابل للتحلل الحيوي لا يضمن أنه سيكون غير ضار على المدى القصير.
في النهاية، يتحدى هذا البحث الفكرة البسيطة القائلة بأن البلاستيك القابل للتحلل الحيوي هو دائماً الخيار الأفضل لحياة التربة. خلال فترة الـ 35 يوماً من التجربة، لم يكن البلاستيك القابل للتحلل الحيوي هو الخيار الأكثر سلماً؛ فقد تفكك بشكل أسرع وقتل أكبر عدد من الديدان. تشير الدراسة إلى أن المراحل المتوسطة من التحلل الحيوي، حيث يتفكك البلاستيك ولكنه لم يختفِ بعد، قد تكون في الواقع فترة عالية المخاطر على كائنات التربة. وبينما قد تختفي هذه البلاستيكات في النهاية على فترات طويلة، فإن عملية تفككها داخل أمعاء مهندس التربة قد تطلق آثاراً ضارة لا تسببها البلاستيكات التقليدية غير القابلة للتحلل بنفس الطريقة. تشير النتائج إلى أننا بحاجة إلى النظر إلى ما وراء مجرد ما إذا كان بإمكان البلاستيك أن يتحلل في النهاية، والنظر أيضاً فيما يحدث للتربة وسكانها أثناء عملية التحلل هذه.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.