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Cachitos de plástico y fitoplancton

Imagen de portada: Sabrina (Billy Wilder, 1954). Fuente: toldbydesign

Después de las 2 entradas de Suso Gago sobre macro- y microplásticos (MP), hoy cerramos la trilogía plástica explicando la interacción entre el fitoplancton y esos materiales que revolucionaron el siglo XX.

En su honor, esta entrada va a ser un poquito vintage.

Empezando por la portada, que escogí como ejemplo de dicha revolución tecnológica. En Sabrina (1954) un empresario de éxito (Humphrey Bogart) se empeña en demostrar divertidamente las propiedades de un plástico ideal (flexible, a prueba de balas e ignífugo)…lo más de lo más...

(M Schilthuizen, 2019).
Fuente: Turner.

Décadas después (remake de Sabrina incluido), el impacto de nuestra civilización en el planeta ha dejado una impronta de basura plástica en todos los océanos, incluso en la fosa de las Marianas.

Si esto les aflige, para levantar el ánimo les recomiendo «Darwin viene a la ciudad«. A mí al menos me ha servido para considerar desde una perspectiva más amplia nuestro impacto sobre el planeta.

Su autor explica la evolución de los seres vivos en zonas urbanas, a las que destaca como un elemento más de la naturaleza.

Las especies animales y vegetales del antiguo entorno salvaje (junto a las invasoras), pelean por los recursos y desarrollan adaptaciones para sobrevivir en la jungla urbana.

El ecosistema de las ciudades es dinámico y fragmentado. Ofrece nuevos recursos, estructuras y sustancias –a menudo tóxicas– que afectan a los procesos evolutivos (p.ej. selección natural y sexual), a expensas de la biodiversidad.

Schilthuizen se centra en organismos terrestres, sobre todo en aves. Pero también menciona a los ecosistemas acuáticos y creo que su discurso es aplicable igualmente a plásticos y microalgas.

Así que digannos, por 25 pesetas, algunos ejemplos de interacciones entre plásticos y microalgas. Por ejemplo: la dispersión. 1, 2, 3, responda otra vez.

¡ La dispersión !

Microorganismos sobre plásticos. (A,B,C) A. taylori. (D,E) Quistes desconocidos. (F) Ostreopsis. (G) Prorocentrum. (H,I) diatomeas
(J) hidrozoo (K) macroalgas. Fuente: Massó y col. (2003).

Las microalgas bentónicas habitan sobre sustratos inertes (rocas) o vivos (macroalgas): son un miembro más de la biopelícula microbiana.

Al fitoplancton tanto le da colonizar restos de madera, conchas de moluscos, el lomo de una ballena o cachitos de plásticos que flotan a la deriva.

¡Mientras haya luz y nutrientes todo va bien!

A estas microalgas que habitan en las fibras de poliester o tapones de botellas podríamos llamarlas epiplásticas.

Se calcula que en total, sobre los cachitos de plástico en el mar, podrían vivir de 1.000 a 15.000 toneladas de microorganismos.

La basura marina, plásticos incluidos, es un nuevo hábitat para el crecimiento y dispersión del fitoplancton (incluyendo especies nocivas).

Ya lo dijeron Massó y col. (2003) tras estudiar plásticos flotantes, en la costa mediterránea de Cataluña, colonizados por células vegetativas y quistes de dinoflagelados (Ostreopsis, Coolia, Alexandrium taylori…).

Las comunidades epiplásticas son distintas a las del agua que les rodea, aunque en ello influyen varios factores como su antigüedad, la degradación del material o si han pasado…¡por el tracto digestivo de algún animal!

Fuente: Mincer y col. (2016).

A menudo, cuando el plástico llega al mar, las primeras microalgas que colonizan su superficie son diatomeas.

En las imágenes de la derecha podemos ver diatomeas pennadas pegadas a poliestireno expandido (el corcho blanco de los envases) sumergido durante 1 semana en el Atlántico Norte.

No obstante, además de diatomeas, los estudios genéticos revelan que sobre el plástico pueden habitar numerosos grupos: criptofíceas, cocolitofóridos, prasinofíceas, pelagofíceas, etc.

¡ La sedimentación !

Aunque a los que vivimos en la costa pueda parecernos que esto de la basura marina va cada vez a más, los estudios disponibles no confirman una tendencia clara y de hecho su presencia en el océano es muy inferior a la que cabría esperar.

¿Dónde está ese plástico que falta? La respuesta parece ser en el fondo del mar.

En 2014 un estudio de Woodall y col. descubrió que la abundancia de MP en 12 muestreos en el Mediterráneo, Atlántico e Índico era 4 órdenes de magnitud superior a la de la superficie en los giros oceánicos (que como bien saben concentran la basura marina por acción de las corrientes).

Pues bien. El fitoplancton podría jugar un papel importante en ese transporte profundo al adherirse los MP sobre agregados de partículas como los que producen las diatomeas.

Dicho grupo, clave en la producción primaria marina, se caracteriza por producir grandes cantidades de partículas exopoliméricas transparentes (en inglés, TEP). las TEP son pegajosas y agregan a su vez a otras partículas, contribuyendo a la exportación de materia orgánica, CO2 y por qué no, MP, hacia aguas profundas.

Chaetoceros neogracile. Fuente: NCMA.

Apenas existen trabajos sobre ello, pero Long y col. (2015) demostraron que los agregados celulares de diatomeas y criptofitas incorporan microplásticos aumentando enormemente su velocidad de sedimentación.

Aunque el efecto varía según la naturaleza tanto de los MP (p.ej. densidad y carga superficial) como de los agregados. En el caso de las diatomeas (Chaetoceros neogracile) observaron que los agregados con MP sedimentaban a menor velocidad que los agregados «limpios». Es decir: los plásticos hacían flotar más a las diatomeas.

Esto plantea cuestiones sobre las consecuencias para el plancton y otros organismos que se alimentan de dichos agregados (que forman la llamada nieve marina) así como la eficiencia de la bomba biológica.

Ya ven. Queda mucho por estudiar. Y esto nos da pie a la última respuesta de nuestros concursantes del 1, 2, 3…

¡ La toxicidad !

De entrada hay que decir que la concentración actual de MP en el mar es poco probable que tenga efectos sobre el metabolismo del fitoplancton.

Pero la preocupación sobre este asunto alienta en la actualidad múltiples investigaciones y proyectos para conocer los posibles efectos fisiológicos en microalgas expuestas a concentraciones elevadas de MP y de nanoplásticos (NP: <100 nm).

¿Y qué concluyen esos trabajos? pues que las consecuencias suelen ser neutrales o negativas: liberación de sustancias tóxicas, descenso en el contenido de clorofila, de la actividad fotosintética y del crecimiento; estrés oxidativo, alteraciones metabólicas y morfológicas.

Resumen de efectos de los microplásticos sobre el fitoplancton.
Fuente: Correia-Prata y col. (2019).

El tipo de MP y su tamaño son factores importantes a la hora de su interacción con el fitoplancton. En estudios comparativos, los MP con carga positiva y de menor tamaño son más tóxicos para las microalgas.

Sin embargo, los factores responsables de la toxicidad de los MP y de la sensibilidad de determinadas especies o grupos del fitoplancton no están nada claros.

Pero no todo va a ser toxicidad. Los plásticos son polímeros cuyo elemento principal es el carbono y se estima que sus residuos en el mar liberan anualmente 23.000 toneladas de carbono orgánico disuelto.

Autor: E. Zettler. Fuente: whoi.edu

Esto supone una fuente de energía extra para las comunidades microbianas heterótrofas, con un impacto que sí podría ser significativo –y cada vez mayor– sobre la actividad y la composición de dichos microorganismos y otros miembros del plancton, así como para el ciclo del carbono en el océano (Romera-Castillo y col. 2018).

¡Campaaaaaana y se acabó!

La investigación de los efectos de los MP y NP sobre el fitoplancton es un asunto reciente y de candente actualidad…

…y dada la importancia crucial de los productores primarios –y del plancton en su conjunto para la salud de los ecosistemas- cabe esperar un auténtico boom de proyectos en el futuro que profundicen sobre este tema.

Referencias:

  • Correia-Prata y col. Effects of microplastics on microalgae populations: A critical review. Sci. Total Environ. 665:400-405 (2019).
  • González-Fernández C. y col. Do transparent exopolymeric particles (TEP) affect the toxicity of nanoplastics on Chaetoceros neogracile?. Environ. Pollut. 250:873-882 (2019).
  • Long M. y col. Interactions between microplastics and phytoplankton aggregates: Impact on their respective fates. Mar. Chem. 175:39-46 (2015).
  • Massó M. y col. Drifting plastic debris as a potential vector for dispersing Harmful Algal Bloom (HAB) species. Sci. Mar. 67:107-111 (2003).
  • Ortega-Retuerta E. y col. Horizontal and Vertical Distributions of Transparent Exopolymer Particles (TEP) in the NW Mediterranean Sea are Linked to Chlorophyll a and O2 variability. Front. Microbiol. 7:2159 (2017).
  • Romera-Castillo C. y col. Dissolved organic carbon leaching from plastics stimulates microbial activity in the ocean. Nat. Comm. 9:1430 (2018).
  • Seoane M. y col. Polystyrene microbeads modulate the energy metabolism of the marine diatom Chaetoceros neogracile. Environ. Pollut. 251:363-371 (2019).
  • Woodall L.C. y col. The deep sea is a major sink for microplastic debris. R. Soc. Open Sci. 1:140317 (2014).
  • Yokota K. y col. Finding the missing piece of the aquatic plastic pollution puzzle: Interaction between primary producers and microplastics. Limnol. Oceanogr. Lett. 2:91-104 (2017).

Los plásticos en el medio marino, una cuestión de tamaño. Parte II: los microplásticos

Imagen de portada: microplásticos en la Ría de Vigo. Autora: Olga Carretero Perona (IEO Vigo).

Por Jesús Gago Piñeiro

¡Y vamos con la segunda parte!

Y es que si en la primera entrada apuntábamos a una ola global de reacción, la parte relacionada con el «micro» ha generado más miedo debido a los impactos desconocidos que puede tener, no solo sobre el medio sino también sobre la salud humana.

Figura 1. Portada de la revista Science en la que aparece el estudio pionero de Carpenter. Fuente: CNN.

Como ejemplo, tan solo apuntar que “microplásticos” fue elegida como palabra del año 2018 por la fundación del español urgente de la RAE.

Uno de los primeros trabajos científicos que apunta a la presencia de los plásticos en el mar se relaciona en cierta forma con Julio Verne.

El trabajo pionero de Carpenter en los 70′ publicado en Science menciona la presencia de plásticos en el Mar de los Sargazos, tal como se indicaba en la novela de Verne con la basura marina (¿les habría servido de inspiración?).

Ya en esta publicación se menciona explícitamente la posibilidad de que los plásticos puedan servir como superficies en las que se desarrollen diatomeas.

Pero en microplásticos, ya no tenemos referencias a literatura clásica como la de Julio Verne.

Tendríamos que esperar hasta el año 2004 para que R. Thompson de la universidad de Plymouth y colaboradores usaran este término en un trabajo científico, de nuevo en Science, con un título muy indicativo: «Perdido en el mar. ¿Dónde está todo el plástico?«

Figura 2. Portada de la revista Science en la que aparece el estudio pionero de Thompson.

Podríamos decir que este trabajo del 2004 inicia esta nueva era del estudio de los microplásticos en el medio marino, o sea que estamos hablando de poco más de 15 años.

¡Y el desarrollo ha sido exponencial, en cuanto al impacto en la opinión pública y la producción científica!. Este fenómeno ha sido objeto de estudio por psicólogos y expertos en ciencias sociales.

¿Pero qué entendemos por microplásticos?

Primero empecemos con los conceptos básicos, el tamaño. Se denominan microplásticos primarios aquellos que se manufacturan con un tamaño microscópico de menos de 5 mm, aunque incluso en este aspecto hay discusión y algunos hablan de partículas de 1 mm (GESAMP, 2020).

También hay debate en el límite inferior, y si bajamos mucho ya entraríamos en los nanoplásticos.

Ningún trabajo ha demostrado la presencia en el medio marino de nanoplásticos, pero esto es debido a que a día de hoy no hay metodologías que permitan detectarlos en tan baja concentración, pero usemos el axioma meiga “yo no los he visto, pero existen” (cosecha propia ; ) ).

Entre los microplásticos primarios, destacan las microesferas (< 500 μm) contenidas por ejemplo en algunos productos de cosmética.

Los microplásticos secundarios son aquellos que proceden de la fragmentación de los grandes como puede ser una botella de agua (ver Figura 3 de Oceans of Plastics, un proyecto de la FECYT del Campus do Mar; aquí podéis encontrar material diverso en la temática que hemos desarrollado desde unidades didácticas a GIFs).

Figura 3. Fuentes de microplásticos primarios y secundarios.

En los microplásticos secundarios también encontramos algunos que parece que están presentes en todos los lugares como pueden ser la microfibras. Estos se han encontrado en lugares tan remotos como en un lago en el Ártico y en una revisión reciente que hemos realizado, sobre su presencia en agua y sedimentos, se encontraban desde el Ártico a la Antártida (Gago et al. 2018).

Un problema que existe hoy en este campo de investigación es la dificultad para comparar resultados por el uso de diferentes metodologías; desde el muestreo hasta su identificación, e incluso en las unidades que se pueden usar para referir su concentración.

Los microplásticos agrupan un continuo de tamaños, desde los 5 mm hasta los nanómetros, lo cual complica las técnicas a usar para su identificación. Una técnica no puede cubrir todo el espectro de tamaños y tipos de microplásticos (fragmentos, pellets, fibras, etc.).

Como ejemplo, podéis ver en la Figura 4 un conjunto de microplásticos muestreados en la Ría de Vigo.

Figura 4. Microplásticos encontrados en la ría de Vigo.
(cedida por Olga Carretero, IEO Vigo).

Los microplásticos pueden tener varios impactos, podemos dividirlos en tres:

  • Transferencia de sustancias químicas, ya sea aquellas que tienen de forma original ya añadidas intencionadamente durante su producción (aditivos y plastificantes) o de sustancias adsorbidas del medio (contaminantes de distinto tipo)
  • Impacto físico (ulceración, asfixia, etc.).
  • Transporte de especies invasoras o patógenas como fitoplancton tóxico, virus o bacterias.
Figura 5. Algunos de los impactos de los microplásticos. Fuente: Oceans of Plastics.

Pero todos estos impactos no están asociados a un tipo de microplásticos u otro. Por ello cuando oímos que los microplásticos son un grave problema, esto no es del todo cierto.

Depende de muchos y muy diversos factores y cuando hablamos de microplásticos, incluso partículas del mismo tipo (por ejemplo de PET) pueden presentar diferentes riesgos según los aditivos que tengan o la carga de contaminantes que hayan adquirido del medio ambiente (como metales pesados o hidrocarburos). Por lo que podemos hablar de un estresor múltiple del ecosistema.

Y hay un concepto interesante que podemos usar para el impacto de los microplásticos asociado a todo lo que adsorben del medio, y es el de la historia del caballo de Troya.

Figura 6. El caballo de Troya. Fuente: workersadvisor

El caballo de Troya fue lo que desencadenó el fin del asedio de una manera cruente según Homero en la Odisea.

Durante muchos años se creía que era algo meramente literario, pero un alemán llamado Heinrich Schliemann descubrió Troya y otros lugares supuestamente inexistentes, una historia fascinante la de Heinrich pero que se escapa a Fitopasión y podríamos definir como Arqueopasión ; )

En cierto sentido los microplásticos son como un troyano (sí, el que se refiere a los virus informáticos también): él puede no ser peligroso pero sí lo que viene asociado con él.

Pero dejemos a un lado los clásicos y enfrentémonos con el problema que afronta el medio ambiente.

¿Cuáles son las opciones para acabar con los microplásticos en el medio? Las que se refieren a los microplásticos secundarios son las que apuntamos en la parte referente a los macroplásticos. Aparte existen medidas más específicas como el uso de filtros para la retención de las microfibras en las lavadoras por ejemplo

Con los microplásticos primarios tenemos que contemplar como una de las principales medidas su eliminación en la medida de lo posible de todos los productos en los que no sean necesarios. Y en aquellos casos que no se pueda, mejorar las medidas que eviten su pérdida al medio ambiente.

Sobre el autor:

Jesús Gago Piñeiro (jesus.gago@ieo.es) es investigador del IEO-Vigo, coordinando el grupo CAMBIOCEAN (Cambio global y oceanografía operacional). Con especial interés en el impacto de las basuras en el medio marino y participando en diversos proyectos y trabajos tanto en macrobasuras (cleanatlantic) como en microplásticos (jpi-oceans). Podéis consultar sus publicaciones en Scholar o Researchgate.

Referencias:

  • Carpenter E.J. & Smith Jr. K.L. Plastics on the Sargasso Sea surface. Science 175:1240-1241 (1972).
  • Gago J. y col. Synthetic microfibers in the marine environment: A review on their occurrence in seawater and sediments. Marine Pollution Bulletin 127:365-376 (2018).
  • González-Pleiter M. y col. Fibers spreading worldwide: Microplastics and other anthropogenic litter in an Arctic freshwater lake. Science of the Total Environment 722:137904 (2020).
  • Thompson R.C. y col. Lost at Sea: Where Is All the Plastic?. Science 304:838 (2004).
  • «Proceedings of the GESAMP International Workshop on Assessing the Risks associated with Plastics and Microplastics in the Marine Environment». #103, 60 pp. (2020). Disponible en GESAMP.