Fragmentation and depolymerization of conventional and biodegradable microplastics in Eisenia fetida and Eisenia andrei
Deze studie toont aan dat hoewel passage door de darmen van *Eisenia*-regenwormen polyethyleen, polybutyleen en polylactide microplastics aanzienlijk fragmenteert en chemisch verandert, het biologisch afbreekbare polymeer (PLA) de meest ernstige chemische degradatie en sterfte onder regenwormen veroorzaakt, wat aangeeft dat dit niet noodzakelijkerwijs de veiligere optie is in landbouwgronden bij korte blootstellingsperioden.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
De bodem onder onze voeten is een bruisende wereld van minuscule wezens die de aarde vruchtbaar en levend houden door organisch materiaal om te woelen, te eten en te recyclen. Onder deze werkers bevinden zich regenwormen, die vaak de ingenieurs van het ecosysteem worden genoemd, omdat ze enorme hoeveelheden grond door hun lichaam verplaatsen. Decennialang hebben wetenschappers zich zorgen gemaakt over hoe plasticvervuiling deze dieren beïnvloedt, waarbij de focus vooral lag op hoe het plastic de wormen schaadt. Maar een nieuwere, complexere vraag is ontstaan: wat gebeurt er met het plastic zelf wanneer het door een worm passeert? Plastics zijn niet alleen maar inerte brokken afval; het zijn lange moleculaire ketens die uit elkaar kunnen vallen. Wanneer een worm een stuk plastic eet, kan de barre omgeving in de darmen het plastic in kleinere stukjes hakken of zelfs de chemische structuur ervan veranderen. Dit proces is cruciaal, want als het plastic afbreekt in onzichtbare fragmenten of giftige chemicaliën, kan het gevaarlijker worden voor de bodem en de wezens die erin leven, in plaats van minder gevaarlijk.
Een team van onderzoekers zette zich scharpe schijn om dit proces in realtime te observeren, waarbij ze gebruikmaakten van twee veelvoorkomende soorten regenwormen die in compost worden gevonden: Eisenia fetida en Eisenia andrei. Ze wilden zien wat er gebeurt wanneer deze wormen drie verschillende soorten microplastics eten—minuscule deeltjes kleiner dan een vingernagel. Twee van deze plastics waren de traditionele, op olie gebaseerde soorten die bekend staan als zeer taai en resistent tegen afbraak: polyethyleen, het materiaal dat in veel plastic zakken wordt gebruikt, en polybutyleen. De derde was polylactide, een plastic gemaakt van plantzetmeel dat als biologisch afbreekbaar wordt verkocht, wat betekent dat het bedoeld is om op natuurlijke wijze af te breken in de omgeving. De wetenschappers plaatsten de wormen in bakken met compost gemengd met deze plastics en observeerden hen gedurende 35 dagen. Daarna extraheerden ze de wormen zorgvuldig en brachten ze de plastic deeltjes die door hun spijsverteringsstelsel waren gepasseerd terug om precies te meten hoeveel het plastic was veranderd.
De resultaten onthulden een verrassend verhaal over hoe verschillende plastics zich binnen een levend organisme gedragen. Ten eerste braken de wormen alle plastics af in kleinere stukjes. Gemiddeld waren de deeltjes die de wormen uitscheiden ongeveer 58 procent kleiner dan de deeltjes die ze hadden gegeten. De soort plastic maakte echter een groot verschil. Het biologisch afbreekbare plastic, polylactide, werd het meest afgebroken, gevolgd door polybutyleen, terwijl het traditionele polyethyleen het minst veranderde. Dit fysieke uiteenvallen was slechts de helft van het verhaal. Toen de onderzoekers naar de chemische structuur van de plastics keken met behulp van een speciale lichtscanner, ontdekten ze dat het biologisch afbreekbare plastic ook de meeste chemische schade had opgelopen. De moleculaire ketens waren veel heviger gespleten of doorgeknipt dan de ketens in de andere twee plastics. Sterker nog, de chemische verandering was zo duidelijk dat de onderzoekers precies konden zien welk plastic een worm had gegeten door enkel naar de chemische signatuur van de resten te kijken.
Misschien wel de meest opvallende bevinding was hoe deze afbraak invloed had op de wormen zelf. In tegen tegenstelling tot de hoop dat biologisch afbreekbare plastics veiliger zijn voor de natuur, stierven de wormen die het biologisch afbreekbare plastic aten met de hoogste frequentie. Het sterftecijfer van de wormen die het plantaardige plastic aten, was significant hoger dan dat van de wormen die de op olie gebaseerde plastics aten. De onderzoekers ontdekten dat één soort worm, Eisenia fetida, over het algemeen gevoeliger was voor de plastics dan de andere soort, maar dit verschil werd veel groter wanneer de wormen de plastics aten die sneller afbraken. Hoe meer het plastic chemisch degradeerde in de worm, hoe groter de kans dat de worm zou sterven. Dit suggereert dat het proces van de afbraak van het plastic iets vrijlaat—misschien kleine chemische fragmenten of bijproducten—dat schadelijk is voor de gezondheid van de worm. De traditionele, taaie plastics veroorzaakten minder chemische verandering en resulteerden in minder sterfgevallen, terwijl het "groene" plastic, dat de veiligere optie zou moeten zijn, de meeste fysieke en chemische verstoring en de hoogste mortaliteit veroorzaakte.
De studie gebruikte ook computermodellen om te zien of zij de uitkomsten konden voorspellen op basis van de verzamelde gegevens. De computers waren zeer goed in het voorspellen van de chemische veranderingen in het plastic, wat bevestigde dat het type plastic de belangrijkste drijfveer was van wat er gebeurde. De computers hadden echter moeite met het voorspellen van de mate waarin het plastic fysiek in omvang zou krimpen. Dit suggerend dat hoewel de chemische afbraak een direct gevolg is van het materiaal van het plastic, het fysieke uiteenvallen van het plastic in de worm een chaotisch proces is, dat waarschijnlijk afhangt van willekeurige factoren zoals hoe het plastic door de darm bewoog of hoe hard het werd samengedrukt. Dit onderscheid is belangrijk omdat het betekent dat enkel weten dat een plastic biologisch afbreekbaar is, niet garandeert dat het op korte termijn ongevaarlijk zal zijn.
Uiteindelijk daagt dit onderzoek het eenvoudige idee uit dat biologisch afbreekbare plastics automatisch beter zijn voor het bodemleven. Tijdens de 35 dagen van het experiment was het biologisch afbreekbare plastic niet de mildere optie; het brak het snelst af en doodde de meeste wormen. De studie geeft aan dat de tussenstadia van biologische afbraak, waarbij het plastic uit elkaar valt maar nog niet is verdwenen, juist een periode van hoog risico kunnen zijn voor bodemorganismen. Hoewel deze plastics er mogelijk over een lange periode uiteindelijk verdwijnen, kan het proces van hun afbraak in het lichaam van een bodeningenieur effecten vrijlaten die de bodem en haar bewoners schaden, terwijl traditionele, niet-afbrekende plastics dat op dezelfde manier niet doen. De bevindingen suggereren dat we verder moeten kijken dan enkel of een plastic uiteindelijk kan composteren, en ook moeten overwegen wat er met de bodem en haar bewoners gebeurt terwijl die afbraak plaatsvindt.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.