Анотація
Пластикове забруднення стало однією з найсерйозніших екологічних проблем XXI століття. З моменту початку масового виробництва пластику людство створило понад 9 мільярдів тонн цього матеріалу, а щороку у світі утворюється понад 400 мільйонів тонн пластикових відходів. Менше 10 % пластику переробляється, тоді як основна його частина накопичується в навколишньому середовищі, потрапляючи до океанів, ґрунтів та атмосфери. Особливе занепокоєння викликають мікропластик і нанопластик, які утворюються внаслідок фрагментації більших пластикових виробів.
Пластик, який не зникає
Світовий океан сьогодні є одним із найбільших резервуарів пластикових відходів. За сучасними оцінками, у його водах уже накопичилося близько 200 мільйонів тонн пластику. Однак проблема полягає не лише в кількості відходів, а й у тому, що пластик практично не розкладається природним шляхом.
Під дією ультрафіолетового випромінювання, механічного стирання та окислювальних процесів великі пластикові предмети поступово розпадаються на дедалі дрібніші фрагменти. У результаті утворюються:
мікропластик — частинки розміром від 1 мкм до 5 мм;
нанопластик — частинки розміром менше 1 мкм.
Цей процес не усуває забруднення, а лише переводить його в більш дисперсну та біологічно доступну форму.
Чому нанопластик є особливо небезпечним?
Перехід пластику до нанорозмірів радикально змінює його властивості. Один пластиковий фрагмент діаметром 1 мм за масою може відповідати приблизно одному трильйону наночастинок розміром 100 нм. При цьому сумарна площа поверхні таких частинок збільшується майже у 10 000 разів.
Саме величезна площа поверхні робить нанопластик надзвичайно реакційноздатним. Частинки:
адсорбують токсичні органічні речовини;
накопичують важкі метали;
зв'язують антибіотики та патогенні мікроорганізми;
взаємодіють із біологічними мембранами та клітинами.
Таким чином, пластик перестає бути пасивним сміттям і перетворюється на активний фізико-хімічний агент.
Чому пластик практично не розкладається?
Більшість синтетичних полімерів складається з довгих вуглеводневих ланцюгів, що містять надзвичайно міцні ковалентні зв'язки C–C та C–H. Ці зв'язки:
стійкі до води;
практично не піддаються гідролізу;
погано руйнуються під дією природних хімічних процесів.
Крім того, в біосфері практично відсутні ферментні системи, здатні ефективно розкладати синтетичні полімери. На відміну від целюлози чи білків, пластик не має еволюційної історії в природі, тому живі організми не виробили механізмів його швидкої деградації.
Навіть за умов окислення відбувається переважно фрагментація матеріалу, а не його повне розкладання до мінеральних компонентів.
Глобальне поширення мікро- та нанопластику
Сьогодні мікропластик і нанопластик виявляють практично в усіх компонентах навколишнього середовища:
у морській та прісній воді;
в атмосферному повітрі;
у ґрунтах;
у сільськогосподарській продукції;
у питній воді та харчових продуктах.
Це означає, що людина постійно контактує з пластиковими частинками через їжу, воду та вдихуване повітря.
Взаємодія з живими організмами
Дедалі більше досліджень свідчить, що мікро- та нанопластик можуть взаємодіяти з біологічними системами на клітинному рівні.
Наночастинки здатні:
проникати крізь клітинні мембрани;
взаємодіяти з епітеліальними бар'єрами;
викликати окислювальний стрес;
порушувати функції мітохондрій;
запускати запальні реакції та апоптоз клітин.
Завдяки надзвичайно малим розмірам нанопластик може долати навіть найскладніші біологічні бар'єри, включаючи:
кишковий бар'єр;
гематоенцефалічний бар'єр;
плацентарний бар'єр.
Наявність пластикових частинок розміром менше 200 нм у тканинах людського мозку свідчить про високу інвазивність цих забруднювачів.
«Троянський кінь» сучасної екотоксикології
Однією з найнебезпечніших властивостей мікро- та нанопластику є його здатність виступати переносником інших забруднювачів. Частинки можуть транспортувати:
важкі метали;
токсичні органічні сполуки;
антибіотики;
патогенні мікроорганізми.
Саме тому мікро- та нанопластик дедалі частіше називають «троянським конем» сучасної токсикології.
Висновки
Мікро- та нанопластик уже давно перестали бути лише символом пластикового сміття. У процесі фрагментації пластик перетворюється на новий клас антропогенних частинок із унікальними фізико-хімічними властивостями та потенційно значним біологічним впливом.
Проблема мікро- та нанопластику сьогодні є одночасно:
екологічною;
токсикологічною;
біофізичною;
медичною.
Подальше вивчення поведінки цих частинок у навколишньому середовищі та живих організмах є одним із найважливіших міждисциплінарних наукових завдань сучасності.
Література:
https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2020.580709/full
https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.580709
https://doi.org/10.1126/sciadv.adz7779
