זיהום מיקרופלסטיק

ייתכן ששמעתם על אודות חלקיקי מיקרופלסטיק, אך אולי אינכם יודעים מהם, או מדוע נדמה שכולם מדברים עליהם. חלקיקי מיקרופלסטיק הם פשוטים – מדובר בפיסות קטנות של פלסטיק, בדרך כלל ברוחב 5 מילימטרים (בערך גודלו של מחק בקצה עיפרון), או פחות. ניתן לייצר מוצרי פלסטיק בגודל מיקרופלסטי, כמו למשל חרוזים קטנים שמוּסָפִים לתכשירי טיפול בעור או למשחות שיניים. אולם, לעיתים קרובות יותר, חלקיקי מיקרופלסטיק מתקבלים מפירוק של פיסות פלסטיק גדולות יותר. הדבר נכון במיוחד בסביבת האוקיינוס, שם מצטברת פסולת פלסטיק רבה עם הזמן. פסולת זו חשופה לרוח, לגלים ולאור השמש, ובסופו של דבר יוצרת חלקיקי מיקרופלסטיק ![1]

זה אומנם נשמע פשוט, אך חלקיקי מיקרופלסטיק בסביבה הם מורכבים ביותר. הסיבה לכך היא שישנם הרבה סוגי פלסטיק שונים. אבני הבניין, או ה'שלד', של כל פלסטיק נקראות פּוֹלִימֶרִים. לעיתים קרובות סוגי פלסטיק שכיחים נקראים על שם הפולימר שלהם, למשל פּוֹלִיאֶתִילֶן או פּוֹלִיוִוינִיל כְלוֹרִיד (המוכר בראשי התיבות PVC). כמו כן לעיתים קרובות מוּסָפִים כימיקלים אחרים כדי לסייע למוצר פלסטיק לשרת את מטרתו. תּוֹסָפִים אלה משתנים, לדוגמה הם עשויים לכלול צבעים שונים. ככאלה, אין שני חלקיקי מיקרופלסטיק שהם זהים זה לזה [2].

בשנים האחרונות, מדענים גילו כי זיהום מיקרופלסטיק הוא נרחב, וגָדֵל כתוצאה מגידול באוכלוסייה ומשימוש גובר בפלסטיק. חלקיקי מיקרופלסטיק נמצאו באוקיינוסים, באגמים, בנהרות ובאדמות, על פסגות הרים מרוחקים, בתוך קרחונים, ואף מרחפים באוויר [1]! בסביבות ימיות, חלקיקי מיקרופלסטיק מצטברים במשקע – שכבות של בוץ ואבק ששוקעות בקרקעית, מתחת למים. במשקע חיות מגוון חיות, אשר עשויות להיות באינטרקציה עם המיקרופלסטיק. מדענים עמלו במטרה להבין את ההשפעות האפשריות של מגוון חלקיקי מיקרופלסטיק על יצורים חיים [1].

חברת החיידקים במשקע

אם תַּחְקְרוּ משקעים בנחלים, באגמים ובנהרות, תְּגַלּוּ אורגניזמים חיים רבים – תולעים, צדפות וסרטנים, בין השאר. אולם, אם תַּחְקְרוּ משקעים באמצעות מיקרוסקופ, תִּרְאוּ שישנהּ גם חֶבְרָה מגוונת של מיקרואורגניזמים (כלומר, אורגניזמים שאי אפשר לראותם בעין בלתי מזוינת)! חיידקים הם סוג של מיקרואורגניזם נפוץ מאוד במשקעים. אלפי מִינֵי חיידקים מתקיימים יחד, ויוצרים חֶבְרָה חיידקית. מדענים מתארים חֲבָרוֹת של חיידקים במשקעים באמצעות סוגי המינים והכמות של כל אחד מהמינים הנוכחים. חברות חיידקיות אלה מבצעות תפקידים חשובים מאוד עבור המערכת האקולוגית כולה.

אחד מתפקידיהן הוא לְהַתְמִיר חומרי מזון. חומרי מזון נדרשים על ידי צמחים וחיות, לרבּוֹת בני אדם, לבניית בִּיוֹ-מולקולות חיוּניוֹת, בהן חלבונים ודנ"א. אנו מקבלים חומרי מזון ממזון, בסיועם של חיידקים שנמצאים במעיים. בעת אכילת מזון, החיידקים במערכת העיכול מסייעים לעבד את המזון ולשחרר את חומרי המזון שהגוף צריך. חיידקי משקע עושים את אותו הדבר עבור אורגניזמים במים. כאשר חומר אורגני, כמו למשל אורגניזמים מתים או צואה, שוקע למשקעים, מַרְבִּית חומרי המזון עדיין כלואים בתוכו, ואינם זמינים לשימושם של אורגניזמים חיים אחרים. החיידקים במשקעים מפרקים חומר אורגני, ומשחררים חומרי מזון עבור עצמם ועבור אורגניזמים אחרים (איור 1). באותו הזמן, הם גם מוודאים שאין עודף מחומר מזון אחד מסוים, מה שעלול לגרום לנזק. אם כן, החברה החיידקית משפיעה על סוגים של אורגניזמים מפותחים יותר שיכולים לחיות באותה הסביבה, ועל בריאותם.

מחזוֹר החנקן של המשקע

חומר מזון חשוב שחיידקי משקע מסייעים לווסת הוא חנקן [3]. מחזור החנקן הוא מורכב, ולכן נתמקד רק בכמה ממאפייניו. במשקעים ובמים, כימיקלים רבים ומגוונים מכילים חנקן, לרבּוֹת אָמוֹנְיוּם (${\text{NH}}_4^{+}$) ונִיטְרָט (חַנְקָה, ${\text{NO}}_3^{-}$). חיידקים שונים יכולים להתמיר את התרכובות האלה מצורה אחת לאחרת. שתי הַתְמָרוֹת חשובות מאוד במשקעים הן נִיטְרִיפִיקַצְיָה (בעברית חִנְקוּן) ודֶה-ניטריפיקציה. שני תהליכים אלה יכולים לפעול באופן משולב במטרה להתמיר אמוניום לניטרט על ידי ניטריפיקציה, וניטרט לחנקן גזי (N₂) באמצעות דה-ניטריפיקציה (איור 2A).

הימצאות החיידקים הנכונים בכמויות הנכונות מבטיחה כי אמוניום וניטרט מצויים ברמות תַּקִינוֹת במערכת אקולוגית. אם האיזון שגוי, המערכת האקולוגית יכולה להשתנות או להיפגע. בפרט, צריכים להיות מספיק חיידקים שמבצעים ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה כדי להסיר עודף אמוניום (אשר יכול לפגוע בסביבה), אך לא יותר מדי, כדי שלא להסיר לגמרי את האמוניום (אשר, בכמויות הנכונות, הוא חומר מזון חשוב עבור אורגניזמים אחרים). לכל מִינֵי החיידקים שחשובים עבור שלבים שונים של מחזור החנקן יש קוד גנטי שונה. מדענים יכולים לקרוא את הקוד הזה במטרה לבחון אֵילוּ מִינֵי חיידקים נמצאים, ואֵילוּ תפקידים הם ממלאים במחזור החנקן. אנו החלטנו להשתמש בכלי זה כדי לשאול שתי שאלות חשובות.

מהלך הניסוי שערכנו

שתי השאלות שהעלינו היו: האם חלקיקי מיקרופלסטיק שונים במשקעים משנים את הֶרְכֵּב החברה החיידקית? ואם כן, האם הדבר גם משפיע על פעילויות הַתְמָרַת חנקן? כדי לענות על שאלות אלה, ערכנו ניסוי! אספנו משקע מבִּצָּה מקומית, חילקנו אותו בין כמה מְכָלִים, והוספנו מים כדי ליצור העתקים קטנים יותר של המערכת האקולוגית הטבעית, שכל אחד מהם מכונה מִיקְרוֹקוֹסְמוֹס. הוספנו ארבעה סוגים שונים של חלקיקי מיקרופלסטיק למשקעים במכלים השונים: פוליאתילן; פוליוויניל כלוריד; קצף פוליאורתן וחומצה פולילקטית. חלקיקי המיקרופלסטיק לסוגיהם נוצרו על ידי טחינת פיסות גדולות יותר של פלסטיק במטחנה מיוחדת. חלקיקים אלה משמשים למטרות שונות, ולכן הם מכילים פולימרים ותוספים שונים שעשויים להשפיע על החברה החיידקית באופן שונה. לאחד המכלים לא הוספנו מיקרופלסטיק, כדי שייצג מצב רגיל וישמש כמכל בקרה. המכלים נוטרו במשך 16 ימים.

ממצאי הניסוי

ניתחנו את החברות החיידקיות במשקעים לפני הניסוי, במהלכו ואחריו באמצעות קריאת הקודים הגנטיים של החיידקים שנמצאים בכל מיקרוקוסמוס. ראשית, השתמשנו במידע זה כדי לאפיין את החברה החיידקית – אֵילוּ מינים נמצאים ועד כמה הם נפוצים? לאחר מכן, חיפשנו את האזורים המסוימים בקוד הגנטי שאחראים על ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה. השווינו את הממצאים שלנו בין מיקרוקוסמוסים שונים במטרה לבחון אם סוגי המיקרופלסטיק שינו את החברה החיידקית או את מחזור החנקן.

גילינו כי החברות שמכילות תוספי מיקרופלסטיק אכן היו שונות מהחברה במכל הבקרה, וסוגי הפולימרים עברו שינויים שונים! מצאנו גם כי חלקיקי מיקרופלסטיק השפיעו על פעילויות מחזור החנקן: כלומר, הן שינו את העושר של מינים שמסוגלים לבצע ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה. באשר להיקף השינוי, מצאנו כי משקעים שלהם הוסף פוליוויניל כלוריד עברו את השינוי הגדול ביותר בחברה החיידקית בסיום הניסוי. במשקעים שהכילו חלקיקי מיקרופלסטיק מסוג זה, ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה פחתו משמעותית. אולם, במיקרוקוסמוסים עם חלקיקי מיקרופלסטיק מסוג חומצה פולילקטית ומסוג קצף פוליאורתן, ניטריפיקציה ודה-ניטריפיקציה התגברו. המיקרוקוסמוסים שהכילו מיקרופלסטיק של פוליאתילן היו דומים לממצאים במכל הבקרה שלנו, מה שהציע כי סוג זה של פלסטיק לא השפיע על החברה החיידקית במשקע באותה המידה כמו סוגי הפלסטיק האחרים (איור 2B). הניסוי כולו לימד אותנו כי זיהום מיקרופלסטיק בסביבה עשוי להשפיע על חברות מפתח חיידקיות ועל מחזור החנקן.

מהי החשיבוּת של המחקר בתחום?

מדענים ידעו במשך זמן רב כי משקעים ממלאים תפקיד חשוב במחזורי חומרי מזון, שמוּנָעִים על ידי חיידקים. מחזורים אלה הם מכריעים עבור אורגניזמים שחיים במשקעים, אך גם לאלה שנמצאים במים שמעליהם וּמֵעֵבֶר. לאחרונה מדענים גילו כי כמויות גדולות של מיקרופלסטיק מזהמות משקעים ימיים באופן גלובלי. המחקר שלנו הוא הראשון שדיווח כי חלקיקי מיקרופלסטיק עשויים להשפיע על חברות חיידקים במשקעים, ולכן להשפיע על פעילויות מחזור החנקן שלהן. האיזון של מחזור החנקן במשקעים שומר על חומרי המזון ברמות הנכונות עבור בריאותן של החיות שנמצאות שם, לרבּוֹת תולעים, דגים, פִיטוֹפְּלַנְקְטוֹן ועשבים ימיים. באמצעות הַיֶּדַע הזה, אנו יכולים להמשיך לשאול שאלות מחקר חשובות, כמו: אֵילוּ סוגי פלסטיק גורמים להשפעות המזיקות ביותר? האם הנזק הזה נגרם על ידי הפולימר או על ידי התוספים? וכמה פלסטיק צריך להיות במשקעים ימיים כדי להשפיע על החברה החיידקית? כשהידע הזה יהיה בידינו, מדענים יוכלו לעבוד עם קובעי מדיניות במטרה לסייע בהגנה על אזורי חוף מפני ההשפעות המזיקות של זיהום מיקרופלסטיק.

מה ביכולתנו לעשות כדי להפחית את הזיהום?

מרבית חלקיקי המיקרופלסטיק נוצרים כאשר פיסות גדולות יותר של פלסטיק מפורקות בסביבה. לפיכך, אם אנו מבקשים להפסיק זיהום על ידי מיקרופלסטיק, עלינו לעצור את זיהום הפלסטיק! אולם, זיהום הפלסטיק לא מתרחש רק כשאנו משליכים אשפה. בני אדם מייצרים אשפת פלסטיק רבה, ולעיתים היא 'בורחת' אל הסביבה לפני שהיא מגיעה למִּטְמָנָה. זה עלול לקרות בגלל פח שעולה על גדותיו; שקית אשפה שנופלת ממשאית, או אשפה אשר נסחפת בסוּפָה ומגיעה לנהר או לאגם המקומיים, או לאוקיינוס. אם נפחית את פסולת הפלסטיק שלנו, תהיה פחות דליפה לסביבה.

תוכלו לחשוב על דרכים שבהן ביכולתכם להפחית את אשפת הפלסטיק שאתם מייצרים מִדֵּי יום, או על מקומות שבהם אשפת פלסטיק שדולפת לסביבה יכולה להיכלא. שני אלה הם צעדים משמעותיים לקראת הפחתת זיהום מיקרופלסטיק!

מילון מונחים

חלקיקי מיקרופלסטיק (Microplastic): ↑ אלה הם חלקיקי פלסטיק שכיוונם הארוך ביותר אינו עולה על 5 מילימטרים. לעיתים קרובות חלקיקים אלה נוצרים על ידי פירוק של פיסות פלסטיק גדולות יותר בסביבה.

פולימר (Polymer): ↑ כימיקלים גדולים שיוצרים את אבני הבניין של פלסטיק. לעיתים קרובות הם מכונים ה'שלד' של פלסטיק.

משקע (Sediment): ↑ שכבות של בוץ וחול שמצויות מתחת למים.

חברה חיידקית (Bacterial community): ↑ קבוצה של מִינֵי חיידקים שונים שחיים באותה הסביבה.

חנקן (Nitrogen): ↑ יסוד חיוני המשמש לבניית תרכובות רבות שיצורים חיים זקוקים להן כדי לשרוד.

ניטריפיקציה (Nitrification): ↑ תהליך שממיר צורה אחת של חנקן–אמוניום (${\text{NH}}_4^{+}$), לצורה אחרת–ניטרט (${\text{NO}}_3^{-}$). תהליך זה מתאפשר באמצעות מיקרואורגניזמים.

דה-ניטריפיקציה (Denitrification): ↑ תהליך שממיר צורה אחת של חנקן–ניטרט (${\text{NO}}_3^{-}$), לצורה אחרת–חנקן גזי (N₂). תהליך זה מתאפשר על ידי מיקרואורגניזמים.

מיקרוקוסמוס (Microcosm): ↑ העתק קטן של סביבה טבעית, המשמש מדענים לענות על שאלות מחקר לגבי האופן שבו דברים שונים עשויים לשנות את אותה הסביבה.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כל המחקר נערך בהעדר כי קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.

תודות

אנו מודים לקרן משפחת פרימן על התמיכה, באמצעות מלגת משפחת פרימן מטעם מכון וירג'יניה למדעי הים (VIMS). אנו מבקשים גם להביע הערכה על פרס המצוינוּת מטעם פקולטת Plumeri מהאוניברסיטה הוותיקה למחקר ציבורי William & Mary והמחלקה ללימודים אקדמיים של VIMS. זוהי תרומה 3965 של מכון וירג'יניה למדעי הים, William & Mary. התמונות נוצרו באופן חלקי באמצעות biorender.com.