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Manuela Piccardo

La tossicità delle microplastiche di PET, su specie chiave marine, è influenzata dal pH, dalle dimensioni delle particelle e dalla disponibilità di cibo

Corso di Dottorato in Ambiente e vita (interateneo Università di Trieste–Università di Udine)

L'inquinamento da microplastiche è riconosciuto come una delle più serie minacce per la salute degli ecosistemi marini e potenzialmente anche per l'essere umano. Per microplastiche (MP) si intendono tutte quelle particelle di plastica di diametro < 5 mm. Il Mediterraneo è considerato un vero hot spot di inquinamento da plastica, infatti, presenta un accumulo di plastiche galleggianti tra le 1000 e le 3000 tonnellate. Le MP espongono gli organismi marini non solo al rischio fisico, ma anche al "cocktail" di sostanze chimiche intenzionalmente addizionate al fine di migliorarne le prestazioni (vedi additivi). Studi di laboratorio hanno dimostrato come le MP siano in grado di causare un’ampia varietà di effetti biologici. Tuttavia, non esiste un consenso netto sulla loro tossicità: le risposte ecotossicologiche sembrano infatti influenzate da molteplici fattori (natura del polimero, forma e dimensioni delle MP, sostanze chimiche associate, specie utilizzata per i test, etc). Fluttuazioni nel pH dell'acqua di mare si verificano, specialmente lungo la costa, a causa di attività antropiche o come conseguenza dei cambiamenti globali. Variazioni di pH modificano l'equilibrio chimico tra le MP e le sostanze chimiche. Tutto ciò, nel contesto del nostro studio, si è tradotto nella realizzazione di uno scenario "standard" (con acqua di mare a pH 8,0) e uno "acidificato" (pH 7,5). Inoltre, metà degli organismi qui testati sono stati alimentati, mentre l’altra metà è stata tenuta a digiuno.

L'esperimento: Questo studio ha voluto testare la tossicità di MP di polietilene tereftalato (PET). Il PET è il 5th polimero più prodotto in Europa e rifiuti in PET sono stati trovati nei fondali marini, sulle acque superficiali e lungo la costa. Abbiamo testato sia la tossicità chimica (degli eluati) che fisica (delle sospensioni): gli eluati sono stati ottenuti lasciando la plastica in acqua per 72h, trascorso il tempo, una fase di filtrazione ha rimosso le MP e l'acqua (ricca di sostanze chimiche) è stata dunque testata. Le sospensioni, invece, consistevano in acqua di mare arricchita di MP. Inoltre, abbiamo testato diverse dimensioni di frammenti, da 5 a 3000 µm. Sono stati adottati protocolli standardizzati che prevedono l'uso di organismi appartenenti a diversi livelli trofici: batteri marini (Vibrio fischeri), alghe verdi (Phaeodactylum tricornutum) e larve di riccio di mare (Paracentrotus lividus). La riduzione della bioluminescenza in V. fischeri, l'inibizione della crescita delle alghe e le malformazioni nelle larve di riccio di mare sono stati utilizzati come indicatori di stress. Risultati. Tossicità chimica. I batteri e le alghe hanno riportato un effetto di biostimolazione: infatti, la bioluminescenza di V. fischeri è aumentata (da 0 % a 21,5 %) così come il tasso di crescita di P. tricornutum (Fig.1). Interessante è l'effetto tampone degli eluati a pH 7.5: l'acqua acida, da sola, ha inibito del 10,1 % la crescita delle alghe ma, tale effetto negativo, è stato completamente tamponato dalla presenza degli eluati di PET (-9,1 %, Fig.1, B).

Figura 1: - Biostimolazione registrata nei batteri marini e nelle alghe verdi dopo l'esposizione a eluati di microplastiche di PET: a) percentuale di inibizione della bioluminescenza di V. fischeri; b) inibizione del tasso di crescita di P. tricornutum.

Lo sviluppo delle larve di riccio di mare è stato negativamente influenzato: fino al 34,7 % degli organismi hanno riportato anomalie (Fig. 2). La tossicità fisica è stata testata solo sull'organismo più sensibile, vale a dire il riccio di mare. Un aumento, statisticamente significativo, delle anomalie è stato registrato solo a pH 7,5 e per le MP più grandi (cioè 500 - 3.000 µm). Infine, la capacità del cibo di influenzare le risposte ecotossicologiche delle larve di riccio esposte a tutti gli scenari sopra descritti, è stata evidenziata dall'analisi multivariata.

Figura 2: - Larve di riccio di mare a seguito dell'esposizione a eluati e sospensioni di microplastiche di PET: a) larva a sviluppo normale; b), c), d) ed e) sviluppo anomalo.

Conclusioni: I risultati ottenuti in questo studio confermano la complessità del meccanismo di tossicità delle microplastiche, in grado di essere influenzato da diversi fattori di stress (tra cui le variazioni di pH, del cibo e le dimensioni delle particelle). I batteri marini e le alghe verdi sono risultati poco sensibili allo stress indotto dal PET; al contrario, le larve di riccio di mare hanno evidenziato effetti sia dovuti all'esposizione agli eluati che alle sospensioni. Le diverse taglie di MP hanno prodotto effetti diversi non sempre correlati alla dimensione stessa; le risposte ecotossicologiche in condizioni acidificate sono state significativamente diverse da quelle in acqua standard suggerendo come tale tossicità possa cambiare in uno scenario di cambiamenti globali. Infine, la presenza di cibo ha prodotto risposte diverse rispetto alle condizioni di digiuno.

Autori ed affiliazioni

Manuela Piccardo^1,4, Francesca Provenza², Eleonora Grazioli², Andrea Cavallo³, Antonio Terlizzi^1,4, Monia Renzi²

Contatto

Manuela Piccardo, email: manuela.piccardo@phd.units.it

Riferimento bibliografico

Manuela Piccardo, Francesca Provenza, Eleonora Grazioli, Andrea Cavallo, Antonio Terlizzi, Monia Renzi
PET microplastics toxicity on marine key species is influenced by pH, particle size and food variations.
Science of the Total Environment 715, 136947 (2020)
DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.136947