Біологія
Біологія

Мікропластик спричинив мікроеволюційні зміни у комарів-дзвінців

Європейські вчені простежили за генетичними змінами, що їх спричинив мікропластик протягом кількох поколінь, у популяції комарів-дзвінців. Спочатку під впливом забруднювача різко знизилася виживаність комах, але ефект повністю нівелювався вже на третьому поколінні. Вивчення ДНК показує, що за цей час у популяції дзвінців відбувався добір на користь особин із генетичними варіантами, завдяки яким можуть краще протистояти негативному впливу пластику, а відповідно — пристосовуватися до цих несприятливих умов. Дослідження опубліковане в журналі Chemosphere.

Chironomus riparius. Markus Pfenninger

Chironomus riparius. Markus Pfenninger

Хіба шкода пластикового забруднення не очевидна?

Забруднення природного середовища пластиком, без сумніву, є однією з основних екологічних проблем останніх десятиліть. Пластик дістався практично усіх екосистем, головно — у вигляді мікропластику, тобто пластикових частинок розміром менш як 5 міліметрів, яких живим організмам важко уникнути. Окрім того, що забруднювачі можуть безпосередньо шкодити організмам, наприклад, при поїданні їх, вони мають ще й опосередкований негативний ефект, особливо для водних екосистем. Наприклад, призводячи до втрати кисню океаном, чи навіть сприяючи обміну генами антибіотикорезистентності між бактеріями у стічних водах. Однак наразі все ще відомо недостатньо про те, які зміни може спричинити пластикове забруднення у водних жителів, і як цьому протистояти. Науковці з Національного інституту хімічної фізики та біофізики Естонії та Центру дослідження біорізноманіття й клімату Зенкенберга в Німеччині є одними з тих, хто намагається внести в питання більше ясності. І їхня нова робота показує, що мікропластик призводить до змін у геномі не лише бактерій.

Про кого нове дослідження науковців?

Досліди минулих років свідчать, що поїдання крихітних пластикових частинок спричиняє фізичні та фізіологічні порушення у личинок комарів-дзвінців Chironomus riparius, що є біоіндикаторами якості довкілля. А це, зі свого боку, має негативний вплив на загальний стан організму, його здатність виживати й пристосовуватися до довкілля. Тому у довготривалій перспективі пластикове забруднення може діяти як чинник природного добору, визначаючи, особини з якими особливостями зможуть дати потомство та передати свої ознаки далі. Тож дослідники спробували з'ясувати, чи справді пластик направляє еволюцію тварин і чи є причиною змін у геномі.

Досліди проводили на тих же комарах-дзвінцях, які є добре вивченим модельним організмом в еволюційній екотоксикології, а також швидко розмножуються, завдяки чому можна простежити вплив фактора крізь покоління тварин. Спочатку личинки дзвінців розділили на дві популяції: одних тримали в посудині з піском, збагаченим мікропластиком поліамідом, інших — у посудині з чистим піском. Ця відмінність між групами була єдиною, тому що всіх піддослідних годували через день, доливали воду до контейнерів лише за потреби, щоб не втручатися надмірно в життя дзвінців, а з кожного наступного покоління, яке з'являлося приблизно кожні 23 доби, відбирали личинок для вивчення. При цьому увагу звертали на те, скільки дорослих комах з'явилося із загального числа личинок, та яка фертильність, тобто скільки запліднених яєць було, в окремих самок. Окрім цього, після зміни семи поколінь комах, науковці порівняли геноми першого й останнього покоління в обох посудинах, щоб виявити, які зміни в них відбулися.

Що зробило пластикове забруднення з комахами?

Першим стало помітним для дослідників, що у посудині з мікропластиком із першого покоління личинок до дорослого стану дожило приблизно на 24 відсотки менше особин, у порівнянні з необробленими пластиком контрольними дзвінцями. Це наводить на думку, що забруднювач все ж проявив токсичну дію на комах під час їхнього розвитку. Утім, ця відмінність повністю зникла вже до третього покоління комах. Що стосується фертильності, то цей показник теж був гіршим у першого покоління самок під впливом поліаміду, у середньому на 22 відсотки.

На генетичному рівні теж зареєстрували відмінності. У першого покоління частота суттєвих однонуклеотидних поліморфізмів, які стаються внаслідок точкових мутацій, у контрольної групи складала приблизно 0,3, тоді як у групи оброблених пластиком — лише 0,015. А вже у сьомого покоління показник сягав 0,8 у контрольній групі та 0,5 — у групі пластику. Як можна помітити, під впливом поліаміду відбулися суттєвіші зміни, зокрема зміна частот алелів від першого до сьомого покоління була значно вищою в популяції з пластиком. Як показали розрахунки науковців, сила добору у цьому випадку проявилася сильніше щонайменше вдвічі.

Тобто в обох популяціях тварини пережили генетичні зміни, які допомогли пристосуватися до середовища, але у контейнерах із поліамідом їх було більше. Зокрема, у контрольних комах генетичні зміни переважно стосувалися 6 біологічних процесів, тоді як в експериментальних — аж 18. В останніх особливо вирізнявся добір на користь процесів, спрямованих на пригнічення запалення й оксидативного стресу, які відомо, що можуть спричинятися споживанням мікропластику, та посилення коагуляції крові, ймовірно, для зменшення наслідків поранення пластиком травного тракту.

Вчені підсумовують, що хоча мікропластик спочатку спричинив різке погіршення виживаності дзвінців, він також спрямував розвиток популяції комах у бік поширення ознак, які допомагають їй вижити в цих несприятливих умовах. Утім, це не обов'язково означає, що пластикове забруднення не таке вже й шкідливе. Неможливо виключити, що мікропластик не спричинив зміни, які в лабораторних умовах не помітили, але в природі призвели б до ще більшого погіршення стану популяції. І що не менш важливо, не всі види можуть так швидко пристосовуватися, як досліджені дзвінці, і тривалий вплив пластику для них може бути згубним. Тож питання того, який вплив має мікропластик на організми все ще відкрите.