플라스틱 오염은 천연 유기물보다 호수에서 더 많은 미생물 성장을 촉진합니다.

May 18, 2023

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4175(2022) 이 기사 인용

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플라스틱 잔해는 담수를 광범위하게 오염시킵니다. 플라스틱의 비생물학적 및 생물학적 분해는 종속 영양 성장에 사용할 수 있는 탄소 기반 기질을 방출하지만 이러한 새로운 유기 화합물이 미생물 대사에 어떻게 영향을 미치는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 여기서 우리는 플라스틱 쇼핑백에서 ​​나온 침출수가 스칸디나비아 호수 29개에서 나온 천연 유기물보다 화학적으로 구별되고 생물학적 이용 가능성이 더 높다는 것을 발견했습니다. 결과적으로, 플라스틱 침출수를 호수 표면수에 환경적으로 적합한 농도로 첨가하면 박테리아 바이오매스 획득이 2.29배 증가했습니다. 이러한 결과는 침출수에 의해 제공되는 용해된 유기탄소의 양에만 기인한 것은 아닙니다. 추가된 탄소는 천연 유기물보다 접근하기 쉽기 때문에 플라스틱 침출수를 사용하면 박테리아 성장이 1.72배 더 효율적이었습니다. 이러한 효과는 대체 탄소원, 특히 불안정한 탄소원의 가용성과 박테리아 다양성에 따라 다양합니다. 함께, 우리의 결과는 플라스틱 오염이 수생 먹이사슬을 자극할 수 있고 오염 완화 전략이 가장 효과적일 수 있는 곳을 강조할 수 있음을 시사합니다.

담수에서 광범위하게 증가하는 플라스틱 오염에 대한 미생물의 반응은 생태계 대사와 먹이사슬 건강에 영향을 미칩니다1,2,3. 생물막 집락화를 위한 기질을 제공하는 것 외에도 플라스틱은 기계적, 광화학적, 생물학적 분해 과정에서 용존 유기물(DOM)을 침출합니다5,6,7. 이 플라스틱 침출수는 박테리아 성장을 위한 에너지를 제공할 수 있으며8,9 먹이사슬을 통해 위쪽으로 이동하여 더 높은 영양 수준의 성장을 지원합니다10. 그러나 플라스틱 침출수는 플라스틱 유연성과 열 안정성을 높이기 위해 제조 과정에서 합성 고분자에 첨가되는 독성 화합물로 인해 박테리아 성장을 저해할 수도 있습니다11. 이러한 독성 첨가제 중 상당수는 합성 고분자에 단단히 흡착되는 소수성 유기 화합물이기 때문에 박테리아 분해자를 섭취하는 더 높은 영양 수준에서 해를 끼치고 잠재적으로 생물 농축을 일으킬 수 있습니다2. 박테리아가 가장 잘 자랄 수 있는 조건을 결정하고 결과적으로 환경에서 플라스틱 침출수를 고갈시키는 것은 궁극적으로 전 세계 플라스틱 오염을 완화하고 청소하기 위한 노력의 우선순위를 정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

특히 천연 DOM과 비교하여 담수에서 플라스틱 침출수의 분자 구성과 거동에 대한 데이터는 거의 없습니다. 합성 고분자는 일반적으로 생분해되지 않는 것으로 간주되지만12 플라스틱에는 고분자에 기능적 특성을 부여하는 데 사용되는 가소제, 착색제, 항산화제 등 불안정하고 잠재적으로 생물학적으로 이용 가능한 첨가제가 많이 포함되어 있습니다13,14,15. 이러한 첨가제는 질량 기준으로 플라스틱 잔해의 최대 70%를 차지할 수 있습니다14,15. 가장 일반적인 플라스틱, 즉 폴리에틸렌과 폴리프로필렌16,17도 부력이 있으므로 지표수의 따뜻하고 방사선 조사 조건에서 가장 높은 속도의 광분해 및 침출을 겪습니다9. 결과적으로 플라스틱 침출수는 자연 DOM8에 비해 지표수에 높은 농도로 축적될 수 있습니다. 이 침출수에 천연 DOM보다 더 불안정한 화합물이 포함되어 있는 경우 박테리아는 영양분을 보다 효율적으로 성장하고 순환할 수 있어야 합니다18,19. 플라스틱 침출수와 천연 DOM의 분자 사이의 구조적 차이는 분해를 위한 더 많은 틈새를 제공함으로써 유사하게 박테리아 성장을 향상시킬 수 있습니다20. 이전 연구8,9,11에서는 플라스틱 침출수에 대한 박테리아의 반응이 어떻게 달라질 수 있는지 보여 주었지만, 우리가 아는 한 DOM의 분자 구성이 이러한 변화를 설명할 수 있는지 여부를 테스트한 연구는 없습니다. 초고해상도 질량 분석법의 최근 발전은 이제 이 문제를 해결할 수 있는 기회를 제공합니다21,22,23.

플라스틱 침출수에 대한 박테리아의 반응은 적어도 두 가지 이유로 물에 따라 달라집니다. 첫째, 자연 DOM의 분자 구성은 호수와 강에 따라 다르므로24,25 박테리아가 플라스틱 침출수를 사용하는 능력에 영향을 미칩니다. 세계 대부분의 호수에서 DOM은 상대적으로 다루기 힘든 화합물26,27에 의해 지배되어 분해 기회가 제한됩니다20,28. 따라서 더 불안정한 플라스틱 침출수는 난분해성 탄소를 함유한 호수에서 널리 동화될 수 있습니다. 대조적으로, 침출수는 이미 매우 불안정한 DOM이 있는 물에서 박테리아에게 거의 이익이 되지 않을 수도 있고, 박테리아가 이러한 기질을 사용하도록 미리 적응할 것이기 때문에 화학적으로 유사한 천연 DOM과 유사하게 사용될 수도 있습니다29. 둘째, 박테리아 공동체의 기능적 구성과 그에 따른 자연 DOM을 활용하는 능력은 다양한 환경 조건, 분산 이력 및 확률론적 과정으로 인해 공간에 따라 다릅니다. 플라스틱 침출수에서 파생된 DOM에 대해서도 동일한 패턴이 나타나야 합니다.