Այսօր ավելի քան 250,000 տոննա պլաստիկ թափոններ լողում են համաշխարհային օվկիանոսներում։ Խաղաղ օվկիանոսը համարվում է Հյուսիսային կիսագնդի ամենաաղտոտված ջրային տարածքը, մինչդեռ Հարավային կիսագնդում Հնդկական օվկիանոսը պարզվեց, որ ավելի կեղտոտ է, քան Խաղաղ օվկիանոսը և Ատլանտյան օվկիանոսը միասին վերցրած: Միևնույն ժամանակ, Խաղաղ օվկիանոսը նկարագրվում է որպես Երկրի վրա ամենաաղտոտված պլաստիկ օվկիանոսը: Պլաստիկ աղտոտվածությունը տարածվում է համաշխարհային օվկիանոսով՝ գերակշռող քամիների և հոսանքների ազդեցության տակ: Դա ցույց է տրվել հյուսիսային կիսագնդի համար, որտեղ երկարաժամկետ, մի քանի տարիների ընթացքում, ջրի և, հետևաբար, թափոնների տեղափոխումը հանգեցնում է օվկիանոսի ավազանների կենտրոնում պլաստիկ բեկորների կուտակմանը,: Նմանատիպ օրինաչափություններ են հաստատվել հարավային կիսագնդի բոլոր օվկիանոսների համար։ Զարմանալի է, որ հարավային կիսագնդի օվկիանոսների համար գնահատված պլաստիկի ընդհանուր քանակությունը նույն քանակական միջակայքում է, ինչ հյուսիսային կիսագնդի օվկիանոսների համար, ինչը անսպասելի է՝ հաշվի առնելով, որ հյուսիսային կիսագնդում պլաստիկի աղբյուրները զգալիորեն ավելի շատ են, քան հարավային կիսագնդում: Սա նշանակում է, որ պլաստմասսէ իրերը շարժվում և վերաբաշխվում են օվկիանոսի հոսանքների և կիսագնդերի միջև ավելի հեշտ, քան նախկինում ենթադրվում էր:

Այնուամենայնիվ, լողացող միկրոպլաստիկի վերջնական ճակատագիրը օվկիանոսի մակերեսին չէ: Դիտարկումները, որ ծովի մակերևույթի վրա շատ ավելի քիչ միկրոպլաստիկ կա, քան կարելի էր ակնկալել, ցույց են տալիս, որ կան որոշակի գործընթացներ՝ ջրի մակերևույթից պլաստիկ թափոնները հեռացնող: Դրանք ներառում են ուլտրամանուշակագույն ճառագայթմամբ դեգրադացիան, կենսաքայքայումը, օրգանիզմների կողմից կլանումը, օրգանիզմների կողմից բուսածածկվելու պատճառով՝ լողացության նվազումը և հատակին նստեցումը, ինչպես նաև ափին արտանետումը։

Պլաստիկ թափոնները կարող են քայքայվել (կազմալուծվել) կամ ֆիզիկաքիմիական (աբիոտիկ) գործընթացների միջոցով կամ ել կենսաքայքայման (բիոտիկ) միջոցով: Մեխանիկական բնույթի ֆիզիկական ուժերի կողմից պոլիմերային նյութի քայքայումը սովորաբար համարվում է առաջին քայլը, որը կենսական դեր է խաղում քայքայման ցանկացած գործընթացում: Շրջակա միջավայրում պլաստիկի քայքայումը կարող է տեղի ունենալ մեկից չորս հիմնական մեխանիզմների համակցությամբ՝ լուսաքայքայում, հիդրոլիզ, ջերմա-օքսիդատիվ քայքայում և կենսաքայքայում: Բնական պայմաններում (օրինակ՝ ծովային միջավայրում) սովորական պլաստիկների, ինչպիսիք են HDPE, HDPE և PP (LDPE, HDPE, PP) քայքայումը սկսվում է լուսաքայքայումից (հիմնականում ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման տակ) և շարունակվում է ջերմային օքսիդացումով և ,ավելի քիչ չափով, ջրով տարրալուծմամբ՝ հիդրոլիզով։

Woods Hole Oceanographic Institute-ի գիտնականների կողմից հրապարակված նոր ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ պոլիստիրոլը (PS)՝ աշխարհի ամենատարածված պլաստմասսաներից մեկը, կարող է քայքայվել տասնամյակների կամ դարերի ընթացքում, երբ ենթարկվում է արևի լույսին, այլ ոչ թե հազարավոր տարիների ընթացքում, ինչպես նախկինում ենթադրվում էր: Պոլիստիրոլի մասնակի տարրալուծումը տեղի է ունենում ընդամենը 10-50 տարի հետո՝ կախված պլաստիկի տեսակից։ Իսկ դրա ամբողջական ֆոտոքիմիական օքսիդացումը հնարավոր է 300-450 տարի հետո։ Արևի լույսն առաջացնում է ոչ միայն պլաստմասսաների ֆիզիկական քայքայումը, այլև դրանց քիմիական տարրալուծումը լուծված օրգանական ածխածնի և մթնոլորտ արտազատվող փոքր քանակությամբ ածխածնի երկօքսիդի:

Քայքայման գործընթացները հանգեցնում են պլաստմասսաների մասնատման և մոլեկուլային քաշի նվազման, քանի որ դրանք բաժանվում են ավելի փոքր կտորների: Այս ցածր մոլեկուլային քաշի նյութերն այնուհետև կարող են մարսվել մանրէների կողմից: Ամեն դեպքում, ամբողջ գործընթացը սովորաբար այնքան դանդաղ է ընթանում, որ օրգանիզմների համար կարող է պահանջվել ավելի քան 50 տարի պլաստիկ պոլիմերների ամբողջական քայքայման համար:

Բազում բարդ բնական և սինթետիկ միացություններ կենսաքայքայվում են մանրէաբանական համախումբներով, այլ ոչ թե առանձին շտամներով, ինչը, հավանաբար, պայմանավորված է առանձին օրգանիզմների նյութափոխանակության սահմանափակ հնարավորություններով: Ուստի կարելի է ենթադրել, որ պլաստիկ թափոնները, որպես ժամանակակից հասարակության հիմնական բնապահպանական խնդիրներից մեկը, կարող են ավելի արդյունավետ կերպով քայքայվել՝ օրգանիզմների տարբեր խմբեր միավորելու դեպքում։ Պլաստմասսաների կենսաքայքայումը հիմնականում վերաբվերում է պոլիմերային նյութերի վերածմանը կենսագազի և կենսազանգվածի օդի բացակայության դեպքում անաէրոբ միկրոօրգանիզմների կողմից,,, որոնք կարող են արդյունավետորեն օգտագործել պոլիմերները որպես ածխածնի աղբյուր իրենց աճի համար։ Սակայն պլաստմասսաների բնույթը, ինչպես նաև դրանց հատուկ ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները կանխում են դրանց կենսաքայքայումը` դարձնելով դրանք օրգանիզմների աճի համար անհարմար միջավայր։

Պլաստիկ թափոնների կենսաքայքայումը սկսվում է պոլիմերային շղթայի ֆերմենտային տրոհմամբ ցածր մոլեկուլային քաշի միացությունների, ինչպիսիք են օլիգոմերները, դիմերները և մոնոմերները, որոնք տեղի են ունենում ֆերմենտը պոլիմերին կապելով և կատալիզացնելով (արագացնելով) նրա հիդրոլիտիկ քայքայումը (ջրի միջոցով): Գործընթացն ավարտվում է այս ցածր մոլեկուլային քաշի միացությունների ածխաթթու գազի և ջրի փոխակերպմամբ: Հաղորդվում է, որ մանրէները, սնկերը և ջրիմուռները արդյունավետ օրգանիզմներ են, որոնք կարող են քայքայել պլաստիկ պոլիմերները.

Սնկերը առանցքային դեր են խաղում պոլիմերային նյութերի քայքայման գործում: Սնկերի միցելիումը (սնկամարմինը) կարող է արդյունավետորեն դրանց մակերեսը ներթափանցելով՝ խորքերը տարածվել, քայքայելով նյութի առավելագույն քանակությունը: Բացի այդ, սնկային միցելիումը կարող է արտազատել արտաբջջային ֆերմենտներ (օրինակ՝ դեպոլիմերազներ) և քայքայել պոլիմերային ենթաշերտը օլիգոմերների, դիմերների և մոնոմերների, այսինքն՝ ցածր մոլեկուլային քաշի բեկորների,։ Այս մոնոմերներն այնուհետև կլանվում են սնկերի կողմից և նրանց ներբջջային ֆերմենտային համակարգի միջոցով կա՛մ նյութափոխանակվում կա՛մ վերածվում են ածխաթթու գազի և ջրի: Այս տեսանկյունից փտելու սպիտակ և շագանակագույն սնկերը հաճախ նշվում են որպես պոլիմերային պլաստիկ նյութերերի արդյունավետ քայքայողներ։

Նմանապես, բակտերիաների շտամները կարող են քայքայել պոլիմերային պլաստմասսաները աղտոտված ջրի կամ հողի մեջ: Մի շարք ուսումնասիրություններ հաղորդել են, որ մասնագիտացված բակտերիաների կողմից պլաստիկի կենսաքայքայումը կարող է լինել աղտոտված էկոհամակարգերի կենսավերականգնման խոստումնալից ռազմավարություն: Բակտերիալ շտամներ, ինչպիսիք են Pseudomonas spp., Bacillus spp. և Streptomyces spp. ցույց են տալիս տարբեր պլաստիկ պոլիմերների քայքայման բարձր արդյունավետություն,: Ամեն դեպքում, սնկերի կողմից պլաստմասսաների քայքայման արագությունը գերազանցում է բակտերիաների շտամներով ցուցաբերվածը: Բայց մյուս կողմից, որոշ հեղինակներ նշում են, որ բակտերիաների համար ավելի հեշտ է աճել և պոլիմերային նյութերը դրանց միջոցով քայքայել, համեմատած սնկերի հետ, որոնք պահանջում են ավելի կայուն պայմաններ:

Մինչ այժմ միայն մի քանի ուսումնասիրություններ են հայտնել որոշ ջրիմուռների տեսակների՝ պլաստիկ թափոններով աղտոտումը մեղմելու կարողությունը: Այս դիտարկումը վերաբերում էր թելիկ ջրիմուռների՝ պլաստիկ թափոնների մակերեսը գաղութացնելու ունակությանը շրջակա միջավայրի գործոնների առկայության պատճառով, ինչպիսիք են արևի լույսը, սննդանյութերը և ջուրը, որոնք կենսական նշանակություն ունեն ջրիմուռների աճի համար,։ Պարզվել է, որ մի քանի ոչ վտանգավոր և ոչ թունավոր ջրիմուռների տեսակներ՝ Bacillariophyceae, Chlorophyceae և Cyanophyceae, կարող են աճել պոլիէթիլենային մակերեսներին և բիոթաղանթներ ձևավորել ջրիմուռների տարբեր աղտոտված ջրային մակերեսներին, ինչպիսիք են լճակները, լճերը և կոյուղաջրերը։ Այս պարագայում հեղինակները հայտնում են, որ պարզ արտադրվող և արագ աճող Phormidium lucidum-ը և Oscillatoria subbrevis-ը (քաղցրահամ ջրի ոչ թունավոր ցիանոբակտերիաներ) կարող են գաղութներ ձևավորել PE-ի մակերեսին և արդյունավետորեն քայքայել HDPE-ն առանց նախնական մշակման:

Ավելին, բակտերիաների և սնկերի որոշ տեսակներ, ինչպիսիք են Ideonella sakaiensis-ը և Pestalotiopsis microspore-ը, որոնք օգտագործվում են PETase ֆերմենտի արտադրության համար, լավ չեն հարմարվում ծովային միջավայրերին, որտեղ կուտակվում են պլաստիկ թափոնների մեծ մասը: Հաջողությամբ ցուցադրված էր Phaeodactylum tricornutum դիատոմային ջրիմուռի հաջող օգտագործումը որպես մանրէաբանական գործարան ավելի զարգացած PETase ստացման նպատակով, որն ակտիվ է PET և PETG (պոլիէթիլեն տերեֆտալատ գլիկոլ-մոդիֆիկացված) համապոլիմերի նկատմամբ:

Հաստատվել է նաև մի քանի անողնաշարավորների կողմից պոլիմերների կենսաքայքայումը, ինչպիսիք են Zophobas atratus որդը, Plodia interpunctella հնդկական ալյուրի ցեցը, Galleria mellonella մեծ մոմացեցը, Tenebrio molitor ալյուրի որդի թրթուրները, Achroia grisella փոքր մոմացեցը, ցամաքային խխունջները (Achatina fulica), տերմիտները և այլ անողնաշարավորները: Պլաստիկ պոլիմերների տարրալուծման նման ակնառու ակտիվությունը սովորաբար վերագրվում է նրանց աղիքային մանրէաբանական սիմբիոտներին,, քանի որ նրանց մասնակցությամբ է, որ անողնաշարավորների որոշ տեսակներ ունակ են սնվել փայտով կամ այլ պոլիմերային միացություններով:

Պլաստմասսաները լայնորեն օգտագործվում են իրենց յուրահատուկ հատկությունների շնորհիվ և այդ պատճառով համարվում են մեր կյանքում ամենակարևոր նյութերից մեկը: Այնուամենայնիվ, պլաստիկ թափոնների վնասակար ազդեցությունը համաչափ է դրանց օգտագործմանն ու շրջակա միջավայրում կուտակմանը: Համապատասխանաբար, պլաստիկ նյութերի հատկությունները իրական մարտահրավեր են մանրէների քայքայման կամ նույնիսկ դրանց մակերեսին գաղութացման համար: Բազմաթիվ հետազոտողների կողմից նշվել է մի քանի միկրոօրգանիզմների և անողնաշարավորների մասնակցությունը պլաստիկի կենսաքայքայմանը, ինչը ցույց է տալիս նրանց հիմնարար դերը նյութի կենսաքայքայման գործընթացում:

Սրանից ելնելով, մասնագետ գիտնականներն ընդգծում են պլաստիկ թափոնների նախնական մշակման դերն (ֆիզիկական և/կամ քիմիական) ու նշանակությունը՝ որպես առաջին և կարևոր քայլ, որը հաճախ նախապայման է պլաստիկ պոլիմերների մանրէաբանական քայքայման համար։ Միկրոօրգանիզմները, ջրիմուռները, պլաստիկ ուտող միջատները և այլ անողնաշարավոր տեսակներ ապագայում կարող են կարևոր դեր խաղալ պլաստիկի կենսաքայքայման գործում: Հետազոտություննները առաջարկում են ստեղծել էկոլոգիապես մաքուր, արդյունավետ և էժան տեխնոլոգիա պլաստիկ թափոնների վերամշակման և տարրալուծման համար՝ շրջակա միջավայրում պլաստիկ թափոնների կուտակումը հաղթահարելու համար:

Աղբյուրներ.

1. Eriksen M. et al. Plastic pollution in the world's oceans: more than 5 trillion plastic pieces weighing over 250,000 tons afloat at sea //PloS one. – 2014. – Т. 9. – №. 12. – С. e111913.
2. Law K. L. et al. Plastic accumulation in the North Atlantic subtropical gyre //Science. – 2010. – Т. 329. – №. 5996. – С. 1185-1188.
3. Eriksen M. et al. Plastic pollution in the South Pacific subtropical gyre //Marine pollution bulletin. – 2013. – Т. 68. – №. 1-2. – С. 71-76.
4. Lebreton L. C. M., Greer S. D., Borrero J. C. Numerical modelling of floating debris in the world’s oceans //Marine pollution bulletin. – 2012. – Т. 64. – №. 3. – С. 653-661.
5. Barnes D. K. A. et al. Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environments //Philosophical transactions of the royal society B: biological sciences. – 2009. – Т. 364. – №. 1526. – С. 1985-1998.
6. Ali S. S. et al. Degradation of conventional plastic wastes in the environment: A review on current status of knowledge and future perspectives of disposal //Science of The Total Environment. – 2021. – Т. 771. – С. 144719.
7. Cole M. et al. Microplastics as contaminants in the marine environment: a review //Marine pollution bulletin. – 2011. – Т. 62. – №. 12. – С. 2588-2597.
8. Ward C. P. et al. Sunlight converts polystyrene to carbon dioxide and dissolved organic carbon //Environmental science & technology letters. – 2019. – Т. 6. – №. 11. – С. 669-674.
9. Webb H. K. et al. Plastic degradation and its environmental implications with special reference to poly (ethylene terephthalate) //Polymers. – 2012. – Т. 5. – №. 1. – С. 1-18.
10. Ali S. S. et al. Enhanced digestion of bio-pretreated sawdust using a novel bacterial consortium: microbial community structure and methane-producing pathways //Fuel. – 2019. – Т. 254. – С. 115604.
11. Ali S. S. et al. The effects of water hyacinth pretreated digestate on Lupinus termis L. seedlings under salinity stress: A complementary study //Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2019. – Т. 7. – №. 3. – С. 103159.
12. Ali S. S., Sun J. Effective thermal pretreatment of water hyacinth (Eichhornia crassipes) for the enhancement of biomethanation: VIT® gene probe technology for microbial community analysis with special reference to methanogenic Archaea //Journal of Environmental Chemical Engineering. – 2019. – Т. 7. – №. 1. – С. 102853.
13. Magnin A. et al. Evaluation of biological degradation of polyurethanes //Biotechnology Advances. – 2020. – Т. 39. – С. 107457.
14. Biffinger J. C. et al. A direct quantitative agar-plate based assay for analysis of Pseudomonas protegens Pf-5 degradation of polyurethane films //International Biodeterioration & Biodegradation. – 2014. – Т. 95. – С. 311-319.
15. Ali S. S. et al. Degradation of conventional plastic wastes in the environment: A review on current status of knowledge and future perspectives of disposal //Science of The Total Environment. – 2021. – Т. 771. – С. 144719.
16. Sánchez C. Fungal potential for the degradation of petroleum-based polymers: An overview of macro-and microplastics biodegradation //Biotechnology advances. – 2020. – Т. 40. – С. 107501.
17. Ameen F. et al. Biodegradation of Low Density Polyethylene (LDPE) by Mangrove fungi from the red sea coast //Progress in Rubber Plastics and Recycling Technology. – 2015. – Т. 31. – №. 2. – С. 125-143.
18. Ali S. S. et al. Construction of a novel cold-adapted oleaginous yeast consortium valued for textile azo dye wastewater processing and biorefinery //Fuel. – 2021. – Т. 285. – С. 119050.
19. Yoshida, S., Hiraga, K., Takehana, T., Taniguchi, I., Yamaji, H., Maeda, Y., Toyohara, K., Miyamoto, K., Kimura, Y., Oda, K., 2016. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethyleneterephthalate). Science 351, 1196–1199.
20. Li J. et al. Rapid biodegradation of polyphenylene sulfide plastic beads by Pseudomonas sp //Science of the Total Environment. – 2020. – Т. 720. – С. 137616.
21. Matjašič T. et al. Critical evaluation of biodegradation studies on synthetic plastics through a systematic literature review //Science of the Total Environment. – 2021. – Т. 752. – С. 141959.
22. Muhonja C. N. et al. Biodegradability of polyethylene by bacteria and fungi from Dandora dumpsite Nairobi-Kenya //PloS one. – 2018. – Т. 13. – №. 7. – С. e0198446.
23. Amobonye A. et al. Plastic biodegradation: Frontline microbes and their enzymes //Science of the Total Environment. – 2021. – Т. 759. – С. 143536.
24. Moog D. et al. Using a marine microalga as a chassis for polyethylene terephthalate (PET) degradation //Microbial cell factories. – 2019. – Т. 18. – №. 1. – С. 1-15.
25. Ali S. S. et al. Degradation of conventional plastic wastes in the environment: A review on current status of knowledge and future perspectives of disposal //Science of The Total Environment. – 2021. – Т. 771. – С. 144719.
26. Sarmah P., Rout J. Efficient biodegradation of low-density polyethylene by cyanobacteria isolated from submerged polyethylene surface in domestic sewage water //Environmental Science and Pollution Research. – 2018. – Т. 25. – С. 33508-33520.
27. Moog D. et al. Using a marine microalga as a chassis for polyethylene terephthalate (PET) degradation //Microbial cell factories. – 2019. – Т. 18. – №. 1. – С. 1-15.
28. Yang Y., Wang J., Xia M. Biodegradation and mineralization of polystyrene by plastic-eating superworms Zophobas atratus //Science of the Total Environment. – 2020. – Т. 708. – С. 135233.
29. Yang J. et al. Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms //Environmental science & technology. – 2014. – Т. 48. – №. 23. – С. 13776-13784.
30. Bombelli P., Howe C. J., Bertocchini F. Polyethylene bio-degradation by caterpillars of the wax moth Galleria mellonella //Current biology. – 2017. – Т. 27. – №. 8. – С. R292-R293.
31. Brandon A. M. et al. Biodegradation of polyethylene and plastic mixtures in mealworms (larvae of Tenebrio molitor) and effects on the gut microbiome //Environmental science & technology. – 2018. – Т. 52. – №. 11. – С. 6526-6533.
32. Kundungal H. et al. Efficient biodegradation of polyethylene (HDPE) waste by the plastic-eating lesser waxworm (Achroia grisella) //Environmental Science and Pollution Research. – 2019. – Т. 26. – С. 18509-18519.
33. Song Y. et al. Biodegradation and disintegration of expanded polystyrene by land snails Achatina fulica //Science of the Total Environment. – 2020. – Т. 746. – С. 141289.
34. Engel P., Moran N. A. The gut microbiota of insects–diversity in structure and function //FEMS microbiology reviews. – 2013. – Т. 37. – №. 5. – С. 699-735.
35. Yang J. et al. Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms //Environmental science & technology. – 2014. – Т. 48. – №. 23. – С. 13776-13784.
36. Yang J. et al. Evidence of polyethylene biodegradation by bacterial strains from the guts of plastic-eating waxworms //Environmental science & technology. – 2014. – Т. 48. – №. 23. – С. 13776-13784.
37. Ali S. S., Sun J. Physico-chemical pretreatment and fungal biotreatment for park wastes and cattle dung for biogas production //SpringerPlus. – 2015. – Т. 4. – С. 1-14.
38. Ali S. S., Abomohra A. E. F., Sun J. Effective bio-pretreatment of sawdust waste with a novel microbial consortium for enhanced biomethanation //Bioresource technology. – 2017. – Т. 238. – С. 425-432.
39. Ali S. S. et al. Screening and characterizing of xylanolytic and xylose-fermenting yeasts isolated from the wood-feeding termite, Reticulitermes chinensis //PLoS One. – 2017. – Т. 12. – №. 7. – С. e0181141.
40. Ali S. S. et al. The role of gut symbionts from termites: a unique hidden player from yeasts //Acta Microbiol Sin. – 2018. – Т. 58. – №. 6. – С. 1004-1015.
41. Selonen S. et al. Exploring the impacts of plastics in soil–The effects of polyester textile fibers on soil invertebrates //Science of the Total Environment. – 2020. – Т. 700. – С. 134451.
42. Yang Y., Wang J., Xia M. Biodegradation and mineralization of polystyrene by plastic-eating superworms Zophobas atratus //Science of the Total Environment. – 2020. – Т. 708. – С. 135233.