Mikroplastiki to drobne fragmenty różnych tworzyw sztucznych o wielkości do 5 mm. Ich źródłem są nasze ubrania, sprzęty używane na co dzień na przykład w kuchni, kosmetyki czy różnego rodzaju opakowania. Mogą powstawać również w wyniku rozpadu większych kawałków tych tworzyw. To jedno ze źródeł zanieczyszczenia naszego środowiska, które może być toksyczne dla organizmów roślinnych i zwierzęcych, w tym dla ludzi. Jak sobie z nim radzić? Naukowcy odkryli, że pewien gatunek nocnych owadów z powodzeniem włączył mikroplastik do swojego menu. Ich przewód pokarmowy bada prof. dr hab. Magdalena Rost-Roszkowska wraz z zespołem histologii i embriologii zwierząt na Wydziale Nauk Przyrodniczych UŚ.

Fragment woreczka śniadaniowego wykonanego z polipropylenu obgryzionego przez gąsienice barciaka większego (Galleria mellonella)

Dziurawa reklamówka

O tym, że przyroda próbuje sobie radzić ze skutkami działalności człowieka, wiemy nie od dziś. Proces ten trwa jednak bardzo długo, dlatego naukowcy zastanawiają się, jak go przyspieszyć. Idealna sytuacja występuje wtedy, gdy jesteśmy w stanie wykorzystać w tym celu różne organizmy, wiedząc, że im jednocześnie nie szkodzimy. To jest ważne.

Prof. Magdalena Rost-Roszkowska wiele razy słyszała o gatunku Galleria mellonella. Poznała go w trakcie studiów, potem temat ten wrócił przy okazji kolokwium habilitacyjnego w 2011 roku. Jednym z recenzentów był prof. Bronisław Cymborowski z Uniwersytetu Warszawskiego. Podczas rozmowy wspomniał o istnieniu tego interesującego gatunku z rzędu motyli. Okazuje się, że barciak większy, bo o nim mowa, w stadium larwalnym jest w stanie pożreć pewne ilości tworzyw sztucznych.

– Wtedy ten temat wciąż traktowałam jako ciekawostkę przyrodniczą. Zajmowałam się głównie badaniem zmian w układzie pokarmowych różnych organizmów powstających na skutek działania stresorów, takich jak głód czy występowanie metali ciężkich w glebie lub w wodzie – mówi prof. Magdalena Rost-Roszkowska. Kilka lat później biolożka znów usłyszała o Galleria mellonella. – Pewnego dnia mój ojciec, który uwielbia oglądać filmy o tematyce przyrodniczej, usłyszał o tym gatunku. Była to zresztą dosyć zabawna historia pewnej badaczki, która przenosiła larwy w foliowym opakowaniu. Gąsienice przegryzły reklamówkę i rozsypały się w pracowni. Mój ojciec zapisał sobie wtedy nazwę gatunku i zadzwonił do mnie, aby mnie przekonywać, że to świetny temat badań – wspomina badaczka. – Pomyślałam: dlaczego nie? W ten sposób zaczęłam badać wpływ plastiku na przewód pokarmowy owadów z gatunku Galleria mellonella.

Naukowcy z zespołu prof. Magdaleny Rost-Roszkowskiej musieli więc poznać charakterystykę tych nocnych owadów i nauczyć się je hodować.

Co łączy wosk z polietylenem?

Barciak większy to powszechnie występujący na świecie owad z rzędu motyli. Skrzydła dorosłego osobnika mogą osiągać rozpiętość od 30 do 40 mm i są w kolorze beżowo-brązowym. Gąsienice tego owada potrafią trawić wosk pszczeli, dlatego mogą zniszczyć plastry w ulu. W silnych pszczelich rodzinach nie jest to duży problem, ponieważ pszczoły robotnice świetnie sobie z nimi radzą, wynosząc gąsienice poza ul. W słabszych rodzinach larwy mogą jednak wyrządzić spore szkody. Co ciekawe, barciak wielki może uszkodzić także różne akcesoria pszczelarskie, wykonane... ze styropianu.

Z badań wynika, że gąsienice mogą strawić zarówno polietylen, polipropylen, jak i polistyren. Jeśli zatem zostawilibyśmy garść gąsienic na przykład na styropianie, następnego dnia zobaczylibyśmy całkowicie podziurawioną strukturę.

– Nurtowało nas pytanie, jak to w ogóle jest możliwe? Znaleźliśmy wyniki badań, w ramach których przeanalizowany został mikrobiom tych owadów. Znaleziono w ich przewodzie pokarmowym bakterie odpowiedzialne za produkcję enzymów umożliwiających trawienie różnych tworzyw sztucznych. Okazało się, że występujące w nich wiązania chemiczne obserwujemy także w wosku pszczelim. To wszystko wyjaśnia – mówi prof. Magdalena Rost-Roszkowska.

Prof. dr hab. Magdalena Rost-Roszkowska prezentuje gąsienicę Galleria mellonella w piątym stadium larwalnym

Kolejnym ważnym pytaniem było, czy te tworzywa sztuczne nie szkodzą owadom. Z przeprowadzonych dotychczas badań wynika, że z larw, które żywiły się tworzywami sztucznymi, powstały poczwarki, a następnie postać dorosła motyla. Co więcej, dorosłe osobniki były się w stanie rozmnażać. To dobry znak.

– Nie znaleźliśmy natomiast badań, z których wynikałoby, czy konsumowane tworzywa sztuczne wpływają w jakikolwiek sposób na układ pokarmowy tych owadów. Jako że jest to mój naukowy konik, postanowiłam wraz z zespołem przyjrzeć się temu tematowi z bliska – mówi badaczka. Jak dodaje, głównym celem było sprawdzenie, czy zachodzą jakieś zmiany w nabłonku układu pokarmowego i czy tak specyficzne pożywienie oddziałuje także na inne struktury, w tym na gruczoł przędny czy ciało tłuszczowe, owadzi odpowiednik naszej tkanki tłuszczowej.

Pierwszy z nich jest ważny, ponieważ służy wytwarzaniu specjalnego kokonu, w którym postać larwalna staje się poczwarką. W ciele tłuszczowym natomiast mogą się kumulować różne związki toksyczne, uwalniające się na przykład na skutek zmiany masy ciała owada.

Zespół prof. Magdaleny Rost-Roszkowskiej rozpoczął badania od analizy wpływu polipropylenu. Jest to jeden z najczęściej używanych polimerów na świecie. Wykonane są z niego woreczki śniadaniowe, butelki, zabawki, naczynia jednorazowe, tkaniny z włókien syntetycznych, elementy wyposażenia samochodów i wiele innych produktów.

– Prosty eksperyment polegał na tym, że do zwykłego woreczka foliowego, wcześniej dokładnie zważonego, wrzucaliśmy po 10 gąsienic. Drugiego dnia znów ważyliśmy woreczki i sprawdzaliśmy, co z nich zostało – mówi biolożka.

Naukowcy badają larwy Galleria mellonella w piątym stadium rozwoju ze względu na to, że wtedy są one największe, co ułatwia prowadzenie pomiarów i analiz. Larwy w tym stadium żyją maksymalnie 5 dni, a karmione są woreczkami przez okres 24, 48 lub 72 godzin, a po tym czasie przygotowywane są do dalszych analiz. Każdy eksperyment jest poprzedzony 24 godzinami głodzenia osobników, aby uniknąć wpływu na organizm standardowej pożywki zawierającej miód, glicerynę, mleko w proszku, otręby.

Kolejne pokolenia

Do udziału w prowadzonych badaniach zaproszeni zostali studenci i studentki kierunku biotechnologia i biologia. – Zależało mi, aby włączyć młodych naukowców do zespołu. Powstały dwie świetne prace licencjackie na ten temat. Wyniki zostały również zaprezentowane w konkursie posterów, podczas konferencji naukowej. Moja studentka Michalina Komandera zdobyła w tym konkursie nagrodę publiczności za zajęcie pierwszego miejsca, natomiast mój student Oskar Karnówka otrzymał wyróżnienie. Jestem z nich bardzo dumna – mówi prof. Magdalena Rost-Roszkowska.

Zadaniem studentów było sprawdzenie m.in., ile larw żywionych jedynie tworzywami sztucznymi się przepoczwarzyło, ile z nich stało się osobnikami dorosłymi oraz czy były zdolne do rozmnażania się.

Naukowcy podkreślają również, że zmiany w obrębie układu pokarmowego czy innych struktur wewnętrznych mogą się pojawić dopiero w kolejnych pokoleniach. Do tej pory zespół ustalił, że w pokoleniu zerowym, pierwszym i drugim nie zostały zanotowane zmiany pod kątem stopnia przeżywalności osobników. Studenci analizowali także, czy na skutek żywienia się tworzywami sztucznymi dochodzi do zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu w tych trzech pokoleniach. Okazało się, że delikatna fluktuacja została zaobserwowana w drugim pokoleniu w gruczole przędnym larw. W jelicie i ciele tłuszczowym nie zaobserwowano podobnych zmian.

– Są to oczywiście badania wstępne, już teraz mogę jednak powiedzieć, że otrzymane wyniki są obiecujące, a zwłaszcza te uzyskane dzięki transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Wszystko wskazuje na to, że gąsienice Galleria mellonella to niezwykle odporne organizmy. Oczywiście będziemy pogłębiać nasze analizy. Chcemy m.in. sprawdzić, czy polimery nie wpływają na organella, takie jak mitochondria. Planujemy również w przyszłości włączyć do swoich badań inne rodzaje tworzyw sztucznych, aby dowiedzieć się, czy i one nie będą szkodzić tym szczególnym owadom – mówi badaczka. – Jeszcze długa droga przed nami, ale wierzę, że naprawdę mogą nam pomóc w oczyszczaniu środowiska z nadmiaru mikroplastiku – podsumowuje naukowczyni z Uniwersytetu Śląskiego.