Het lot van mariene plastics in subtropische wateren
Plasticvervuiling van het mariene milieu is een urgent probleem, met verstrekkende gevolgen voor het zeeleven, de menselijke gezondheid en economieën die afhankelijk zijn van kusttoerisme en visserij. Maaike Goudriaan heeft haar promotieonderzoek gericht op een beter begrip van het lot van deze mariene plastics in (sub)tropische kustwateren, met name hoe ze worden gekoloniseerd en zelfs afgebroken door mariene bacteriën. Op 2 oktober zal zij haar proefschrift verdedigen aan de Universiteit Utrecht.
Maaike Goudriaan in het lab tijdens haar promotieonderzoek (foto: Nelleke Krijgsman/NIOZ)
Korte samenvatting
Plasticvervuiling in onze oceanen is een urgent probleem dat het zeeleven, de menselijke gezondheid en economieën die afhankelijk zijn van kusttoerisme en visserij beïnvloedt. Kunststoffen, voornamelijk afkomstig uit petrochemische bronnen, zijn alomtegenwoordig vanwege hun veelzijdigheid en duurzaamheid. De groeiende vraag naar plastic heeft geleid tot een aanzienlijke toename van afval, vooral van veelvoorkomende polymeren zoals polyethyleen (PE), polypropyleen (PP) en polystyreen (PS). Deze materialen belanden vaak als marien afval, afkomstig van zowel land- als zeeactiviteiten.
Marien plasticafval (MPD) vervuilt niet alleen het wateroppervlak, maar zinkt ook naar de oceaanbodem, wat een langdurige milieuproblematiek veroorzaakt. Biofouling – het proces waarbij micro-organismen plastic oppervlakken koloniseren – bevordert dit zinken. De interactie tussen plastics en microbiële gemeenschappen is complex; sommige microben kunnen mogelijk plastics afbreken, al is dit proces nog niet volledig begrepen.
Een studie gericht op subtropische kustwateren in het Caribisch gebied en de Middellandse Zee onderzocht de factoren die plasticafbraak beïnvloeden. We ontdekten dat zowel het type plastic als de omgevingscondities een belangrijke rol spelen in de microbiële kolonisatie en afbraak. Geavanceerde technieken zoals 16S rRNA-genanalyse en stabiele-isotooptracering werden gebruikt om microbiële activiteit en de opname van plastic-afgeleid koolstof te volgen.
De resultaten lieten zien dat hoewel microbiële gemeenschappen in eerste instantie verschillen afhankelijk van het polymeertype, omgevingsfactoren zoals locatie en habitat op langere termijn een grotere invloed hebben. Daarnaast speelt fotodegradatie door UV-straling een cruciale rol bij het afbreken van drijvende plastics, wat het belang van verder onderzoek naar de ecologische gevolgen hiervan benadrukt.
Brede implicaties
De bevindingen over microbiële kolonisatie en degradatie kunnen helpen bij het ontwikkelen van biologisch afbreekbare plastics die effectiever worden afgebroken in mariene omgevingen. Net zoals bij de afbraak van niet-biologisch afbreekbare polymeren, kan microbiële afbraak van biologisch afbreekbare polymeren verschillende verbindingen opleveren die mogelijk schadelijk kunnen zijn. Wanneer deze materialen echter worden beheerd met duidelijk gedefinieerde end-of-life-scenario's en afkomstig zijn van hernieuwbare bronnen, kunnen biologisch afbreekbare polymeren een belangrijke bijdrage leveren aan een circulaire en duurzamere plasticeconomie. Toch is het cruciaal te erkennen dat zij geen definitieve oplossing vormen om toekomstige mariene plasticvervuiling te verminderen.
Inzichten in door UV geïnduceerde fotodegradatie benadrukken de noodzaak om zonnestraling mee te nemen in modellen voor plasticvervuiling en de impact ervan op mariene ecosystemen. Om de gevolgen van foto-oxidatie van MPD volledig te begrijpen, is het essentieel om de effecten van opgeloste organische koolstof en de vorming van nanoplastics in mariene omgevingen verder te onderzoeken. Dit omvat ook aanvullend onderzoek naar plasticleachaten en hun impact op en afbreekbaarheid door microbieel leven.
Het onderzoek in dit proefschrift laat zien dat microbiële plasticafbraak in een aquatische omgeving onder gecontroleerde omstandigheden langzaam verloopt, en dat dit proces in natuurlijke omgevingen naar verwachting nog langzamer is door minder optimale condities zoals temperatuurschommelingen en een beperkte aanwezigheid van plastic-afbrekende microben. Hoewel het idee van microbiële bioremediatie in de natuur aantrekkelijk is, lijkt praktische in situ-bioremediatie alleen haalbaar in sterk geconcentreerde en lokaal beperkte verontreinigingsgebieden, zoals stortplaatsen of vervuilde bodems. De snelheden van biotische en fotodegradatie van plastics suggereren dat het toepassen van UV-gebaseerde filters een praktischere oplossing kan zijn voor het aanpakken van plasticvervuiling in waterzuiveringsinstallaties – ten minste totdat zeer efficiënte microben of enzymen zijn geïdentificeerd of ontwikkeld.
Praktische informatie
- Titel: Microbial colonization, biodegradation, and photodegradation of marine plastics in (sub)tropical waters
- Promotoren: Prof. Dr Helge Niemann en Prof. Dr Ir Jaap Sinninghe Damsté
- Datum: woensdag 2 oktober, 12:15 uur
- Locatie: Academiegebouw, Universiteit Utrecht