Distinct responses of soil microbial communities and nitrogen cycle genes to PBAT and PLA microplastics

El suelo es mucho más que la tierra bajo nuestros pies; es un motor vivo y respirante que alimenta al mundo. Oculta dentro de esta tierra oscura se encuentra una vasta red de organismos microscópicos que realizan la labor esencial de convertir la materia muerta en nutrientes para las plantas. Entre las tareas más críticas que estos diminutos trabajadores llevan a cabo está la gestión del nitrógeno, un elemento vital que las plantas necesitan para crecer. En la naturaleza, este nitrógeno se mueve a través de un ciclo complejo, cambiando entre diferentes formas químicas a medida que las bacterias y los hongos descomponen los desechos, liberan gases y construcen nueva vida. Cuando este ciclo funciona sin problemas, el suelo permanece fértil y saludable. Sin embargo, la actividad humana ha introducido una nueva variable en este sistema milenario: el plástico. Aunque a menudo pensamos en el plástico como un contaminante permanente, ha llegado una nueva generación de materiales, diseñados para descomponerse en el medio ambiente. Estos plásticos biodegradables se comercializan como una solución a la crisis de los residuos, pero los científicos apenas están comenzando a comprender qué sucede cuando estos materiales se descomponen en la tierra. ¿Simplemente desaparecen, o alteran la delicada química del suelo y el comportamiento de la vida microscópica que lo sustenta?

Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Xiamen se propuso responder a esta pregunta comparando dos de los plásticos biodegradables más comunes utilizados en la agricultura: el poli(butileno adipato-co-tereftalato), conocido como PBAT, y el ácido poliláctico, conocido como PLA. Estos materiales se utilizan con frecuencia para fabricar películas de acolchado que cubren los cultivos para mantener el suelo cálido y húmedo. Los científicos querían ver cómo estos dos plásticos diferentes, cuando se descomponen en partículas diminutas, cambiarían la química del suelo y la comunidad de microbios que viven en él. Para ello, mezclaron pequeñas cantidades de cada plástico en muestras de suelo y los dejaron al aire libre durante seis meses. Luego midieron cuidadosamente cómo cambió el suelo, observando desde su acidez y niveles de nutrientes hasta los genes específicos que controlan cómo las bacterias procesan el nitrógeno.

Los resultados revelaron que estos dos plasticos, aunque ambos etiquetados como "biodegradables", se comportan de maneras sorprendentemente diferentes una vez que entran en el suelo. El plástico PBAT actuó como un poderoso disruptor. A medida que comenzaba a descomponerse, liberaba subproductos químicos que elevaban el pH del suelo, haciéndolo menos ácido. Este cambio en la química desencadenó una cascada de cambios. El suelo se volvió más rico en carbono orgánico, pero los niveles de nitrógeno disponible cayeron en picado. Específicamente, la cantidad de nitrógeno amoniacal disminuyó casi un 90 por ciento, y el nitrógeno de nitrato cayó más de la mitad. En contraste, el plástico PLA contó una historia diferente. Si bien también redujo los niveles de amonio, en realidad provocó que los niveles de nitrato aumentaran aproximadamente un 20 por ciento. Esto sugiere que, mientras el PBAT estaba atrapando el nitrógeno o eliminándolo del sistema, el PLA estaba acelerando el proceso que convierte el amonio en nitrato, potencialmente haciendo que ese nitrógeno sea más propenso a lavarse del suelo.

Profundizando en el mundo microscópico, los investigadores utilizaron secuenciación genética avanzada para ver qué microbios estaban prosperando y qué genes estaban activos. Encontraron que el plástico PBAT creó un entorno único que favorecía a grupos específicos de bacterias y hongos, como los Pseudomonadota y Ascomycota, mientras que suprimía otros. Más importante aún, la actividad genética en el suelo tratado con PBAT mostró un patrón claro: los genes responsables de convertir el amonio en nitrato se apagaron, mientras que los genes que eliminan el nitrógeno del suelo se activaron. Esto explica por qué los niveles de nitrógeno cayeron tan drásticamente; los microbios del suelo estaban siendo dirigidos a dejar de construir nitrato y, en su lugar, a extraer el nitrógeno del sistema. El plástico PLA, sin embargo, tuvo el efecto opuesto en la maquinaria microbiana. Fomentó el crecimiento de diferentes microbios y potenció los genes responsables de convertir el amonio en nitrato, acelerando efectivamente el ciclo del nitrógeno en esa dirección.

Quizás el hallazgo más sorprendente fue cómo el plástico PLA influyó en la capacidad del suelo para capturar nuevo nitrógeno del aire. Los investigadores descubrieron que los genes responsables de la fijación de nitrógeno, un proceso mediante el cual ciertas bacterias extraen el gas nitrógeno de la atmósfera y lo convierten en una forma que las plantas pueden utilizar, se enriquecieron masivamente sobre y alrededor de las partículas de PLA. Estos genes aumentaron más del 160 por ciento en la superficie del plástico y más del 80 por ciento en el suelo circundante. Esto sugiere que las partículas de PLA podrían estar actuando como un centro para las bacterias que pueden añadir nitrógeno fresco al suelo, un beneficio que no se observó con el plástico PBAT.

El estudio concluye que no todos los plásticos biodegradables son iguales. Aunque puedan compartir una etiqueta, sus estructuras químicas conducen a resultados muy diferentes para el ecosistema del suelo. El PBAT parece suprimir la capacidad natural del suelo para retener nitrógeno, potencialmente agotando la reserva de nutrientes, mientras que el PLA parece estimular la conversión de nitrógeno en formas que podrían filtrarse fácilmente, aunque también fomenta la adición de nuevo nitrógeno. Estos hallazgos sirven como un recordatorio crucial de que reemplazar los plásticos convencionales con alternativas biodegradables no es una solución sencilla. El tipo específico de plástico utilizado importa profundamente, ya que cada uno interactúa con la comunidad viva del suelo de su propia manera única, con distintos riesgos y consecuencias para la salud de la tierra.