Науковці Інституту морської біології НАН України (Одеса) почали вивчати представників фауни та флори, які заселяють пластикове сміття на дні моря. Відповідно до десятого дескриптора Рамкової директиви про морську стратегію ЄС фахівці Академії вперше для чорноморської екосистеми здійснили цільові експериментальні лабораторні та польові дослідження закономірностей формування біологічного обростання на різних типах пластикового субстрату і виявили ключові види-індикатори угруповань обростання пластикового субстрату, що розвиваються на різних типах пластикового сміття. Навіщо потрібні ці дослідження та як їх виконують – пояснюємо далі.
Протягом останніх 50-ти років пластикове сміття у величезних кількостях надходить у моря й океани. Серед синтетичних матеріалів у поверхневому шарі морських водойм переважають різноманітні види поліетилену, поліпропілен, полістирол, поліестер і пінопласт. За найскромнішими оцінками, щорічно до океану потрапляє близько 8 млн тон пластику, а на поверхні вже плаває 269 тис. тон. Глобальний обсяг пластмасових відходів продовжує зростати, а деякі з найбільших виробників неефективно утилізують свої відходи. Рано чи пізно всі пластикові матеріали стають відходами. Частина з них збирається та захоронюється чи перетворюється на щось нове – енергію чи товари із вторинної сировини. Але значна частка пластикових відходів стає сміттям, що потрапляє до річок, з течіями яких розповсюджується по всьому Світовому океану. В Європі, наприклад, р. Дунай, щодня транспортує в Чорне море 4,2 тони пластику.Попри те, що негативний вплив пластикового сміття на окремі морські організми (ссавців і птахів) широко задокументовано, є дуже мало даних про наслідки такого забруднення для функціонування окремих угруповань та екосистеми загалом. У водному середовищі пластикові матеріали стають субстратом для розвитку угруповань організмів-обростателів. Відомо 387 таксонів, що використовують сміття, котре плаває у морі, як оселища. Серед мікроорганізмів найбільший внесок у розвиток такого угруповання роблять діатомові водорості та ціанобактерії. Біодеградація, пов’язана з діяльністю мікроорганізмів на поверхні та у товщі пластику, сприяє його руйнуванню на мікрофрагменти й утворенню мікропластику, здатного передаватися по ланцюгах живлення в морських екосистемах.У Чорноморському регіоні інформацію про рівень пластикового забруднення надають Чорноморська комісія та різні проєкти. Однак знань із цієї проблеми все ще бракує. За даними, отриманими в межах проєкту ЄС ПРООН «EMBLAS-Plus», Чорне море вважається найзабрудненішим серед європейських морів. Основні зусилля з визначення основних джерел морського сміття зосереджуються на моніторингу забруднення різними типами морського сміття – пляжного (beach litter), плавучого (floated litter) та донного (sea-floor litter). Вичерпні дані з вивчення морського сміття у Чорному морі доступні в колективній монографії.
Перебуваючи на поверхні моря, морське сміття починає руйнуватися під впливом інсоляції (сонячної радіації), високих температур, хвильової діяльності та макроорганізмів, що осідають на ньому. Елементи сміття поділяються на менші фрагменти, з часом перетворюючись на мікропластик. Однак деякі великі уламки полімерних матеріалів можуть заглибитись і стати частиною бентосних комплексів (бентопластиком), що забезпечують новий тип субстрату та змінюють підводний ландшафт.
З 2018 року під керівництвом завідувачки відділу екології крайових угруповань Інституту морської біології НАН України кандидата біологічних наук Анастасії Снігірьової розпочалися дослідження біообростання на пластикових субстратах. Перші кроки на цьому шляху зроблено в рамках проєкту для молодих вчених, профінансованого Державним фондом фундаментальних досліджень (№ Ф83/88-2018) (нині – Національний фонд досліджень України). Основа ідея роботи – інвентаризувати морське сміття на дні Одеської затоки та схарактеризувати біообростання сміття двох типів полімерів (поліетилену (РЕ) та поліетилентерефталату (РЕТ)), зробивши акцент на мікроводоростевих і мейобентосних угрупованнях.
Загалом було досліджено 900 м2 морського дна, на якому знайдено 29 фрагментів морського сміття. Найпоширеніше сміття – поліетиленові плівки. Восени сміття фіксується втричі більше, ніж улітку. На основі результатів виконаних досліджень було адаптовано методи вивчення обростання донними організмами на пластикових матеріалах. Уперше для регіону показано, що у формуванні обростання беруть участь 59 видів гідробіонтів: 40 видів мікроводоростей (29 діатомових, 8 ціанопрокаріот, 2 динофітові, 1 зелена) та 19 видів гарпактикоїдних копепод. Улітку більше обростання спостерігалося на пляшках, а восени – на плівках. Кількісні показники обростання на пластику варіюють у межах, відомих для інших субстратів в Одеській затоці. Чисельність мікроводоростей становила в середньому 96,4 тис. кл·см-2 (кількість клітин на квадратний сантиметр) на плівці та 146,2 тис. кл·см-2 на пляшках; а для мейобентосу – 35,7 тис. екз·м-2 (кількість екземплярів на квадратний сантиметр) та 42,8 тис. екз·м-2 відповідно. Результати цих досліджень продемонстрували адаптацію гідробіонтів до життя на відносно нових типах субстрату в Чорному морі й опубліковані у низці робіт.
Вивчаючи асоціації гідробіонтів на смітті, зібраному в морському середовищі, науковці збагнули, що глибше розуміння процесів на поверхні пластикового субстрату потребує експериментальних досліджень. Ці дослідження профінансувала Національна академія наук України в рамках конкурсного проєкту для молодих вчених (№ 87-11/10-2020). Метою науковців Інституту морської біології було дослідити стадії процесу обростання на різних типах пластикових матеріалів, ідентифікувати перших колонізаторів пластику, з’ясувати швидкість заселення та формування стійких обростань гідробіонтами.
1, 2 – Mytilus galloprovincialis (мідія середземноморська); 3, 4, 8 – Mytilaster lineatus (мітілястер); 5 – кладки черевоногих молюсків, 6 – Amphibalanus sp. (морський жолудь), 7, 8 – Membranipora cf. membranaceae (мохуватка)
Для досягнення мети фахівці Інституту морської біології НАН України розробили три типи експериментальних конструкцій для вивчення обростання на пластикових субстратах і вперше в регіоні здійснили серію експериментів різної тривалості у природних умовах. Лабораторний експеримент із дослідження обростання різних типів пластику мікроорганізмами продемонстрував конкурентні взаємовідносини між мікроводоростями та інфузоріями за субстрат LDPE (Low-density polyethylene – поліетилен низької щільності), і за 2 тижні кількість мікроводоростей значно знизилася. Показано, що за тиждень у природному середовищі на поліетилентерефталаті (РЕТ) утворюється різноманітне угруповання, сформоване переважно діатомовими водоростями (28 видів) із невеликою присутністю ціанобактерій, а також заростків водоростей-макрофітів роду Ulvella (зелені водорості).
Учені дослідили таксономічний склад і кількісні показники мейобентосу, асоційованого з обростаннями пластикового субстрату, що показали наявність 13 таксонів мейобентосу. Визначено, що стійкі угруповання мейобентосу формуються за рахунок евмейобентосних таксонів (переважно гарпактикоїд і нематод), кількісні показники яких зростають зі збільшенням часу експозиції. Було виявлено 7 видів гарпактикоїдних копепод (Ameira parvula parvula, Dactylopusia tisboides, Enchydrosoma sordidum, Harpacticus flexulosus, H. flexus. H. obscurus і H. littoralis), які зустрічалися на всіх експериментальних пластинах.
На думку фахівців Інституту, подальші дослідження слід спрямувати на порівняння характеру обростання полімерних пластикових субстратів, які в морському середовищі широко представлені у вигляді морського сміття, з природними (камінням) чи іншими типами штучних субстратів (наприклад, гідротехнічними спорудами). Це дозволить оцінити особливості структури перифітонних угруповань на пластику та виявити види-індикатори, що пристосовуються до життя на нових типах субстрату.Дослідження, започатковані в Інституті морської біології НАН України, роблять вагомий внесок у розвиток і впровадження підходів Рамкової директиви про морську стратегію Європейського Союзу, адже морське сміття є у ній десятим дескриптором (його сформульовано так: «Властивості та кількість морського сміття не завдають шкоди прибережному та морському середовищу»). Отримані результати і подальший розвиток цих ідей допоможуть оцінити тривалість перебування сміття у природному середовищі на основі аналізу сформованого на ньому обростання. Запровадження вивчення впливу пластику як нового типу забруднення має стати одним із елементів екологічного моніторингу та посприяє формуванню й усвідомленню так званого «хорошого екологічного статусу» (good environmental status) моря, – впевнені науковці Академії.
* * *
Пластикове забруднення вивчали:
- завідувачка відділу екології крайових угруповань Інституту морської біології НАН України кандидат біологічних наук Анастасія Снігірьова;
- провідний інженер цього відділу Олена Узун;
- провідний інженер цього відділу Ірина Капшина;
- молодший науковий співробітник цього відділу Валентин Портянко;
- старший науковий співробітник відділу екологічної інтеграції біоциклів (за сумісництвом) кандидат біологічних наук Сергій Снігірьов;
- провідний інженер відділу екологічної інтеграції біоциклів Олександр Куракін.
За інформацією Інституту морської біології НАН України та прес-служби НАН України