타이어 마모를 대체하는 플라스틱과 아연으로 인한 미생물 군집 변화

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18684(2022) 이 기사 인용

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수생 환경은 인위적 배출의 흡수원 역할을 합니다. 배출의 상당 부분은 타이어 마모로, 타이어 마모는 환경으로 점점 더 많이 배출되고 있으며, 타이어의 수명과 다량의 오염물질로 인해 환경 재앙을 초래하고 있습니다. 타이어의 주요 구성 요소는 플라스틱과 아연이므로 타이어 마모를 대체하여 미생물 수명에 미치는 영향을 연구할 수 있습니다. 우리는 14일 노출 기간 동안 18S V9 영역의 높은 처리량 시퀀싱을 사용하여 담수 미세진핵 생물 군집에서 환경적으로 현실적인 플라스틱과 아연 농도를 조사합니다. 아연과 나노플라스틱에 노출되면 일반적으로 다양성이 변하지 않는다는 점 외에도 아연으로 인한 군집 구조의 변화가 분명하지만 나노플라스틱으로 인한 변화는 아닙니다. 분명히 나노플라스틱 입자는 군집에 거의 영향을 미치지 않지만, 아연 노출은 영양 모드와 관련하여 급격한 기능적 풍부도 변화를 초래합니다. 광영양미생물은 초기에는 거의 완전히 감소되었으나 광합성은 회복되었다. 그러나 광합성을 수행하는 주요 분류군은 간균체에서 엽록체로 바뀌었습니다. 광영양 유기체는 아연 존재 시 감소하는 반면, 혼합 영양 부분은 초기에 이익을 얻었고 종속 영양 부분은 노출 기간 내내 이익을 얻었습니다. 분류군 구성의 지속적인 변화와는 대조적으로 기능적 공동체 구성은 아연을 적용한 후 처음에는 불균형이 심하지만 원래 상태로 돌아갑니다.

오염은 전 세계적으로 증가하는 문제로, 생물 다양성에 예상치 못한 결과와 헤아릴 수 없는 피해를 초래합니다1,2,3,4,5,6. 중요한 오염원 중 하나는 타이어 마모입니다7,8. 타이어에는 카본 블랙, 첨가제, 직물, 경화제, 황, 금속뿐만 아니라 폴리스티렌의 전구체인 스티렌 및 부타디엔과 같은 수많은 물질이 포함되어 있습니다9,10,11,12. 타이어가 마모되면 표면에 입자가 남게 되며, 이는 마모 및 자외선 복사로 인해 마이크로 및 나노 플라스틱으로 분해됩니다4,13,14,15,16. 다음번 폭우가 내리는 동안 이 입자들은 수역으로 운반됩니다(그림 1).

타이어 마모로 인한 오염 물질이 어떻게 수생 생태계에 유입되는지를 보여주는 그림 표현입니다. 주행 중 타이어는 마모되어 노면에 입자를 남기고, 이는 마찰과 자외선에 의해 미세 및 나노 입자로 더욱 분해됩니다. 이러한 입자는 다음 번 폭우와 함께 수생 및 육상 생태계로 배출됩니다. 그곳에서 그들은 미생물 유기체와 상호 작용하고 영향을 미치며 먹이 사슬을 따라 더 축적됩니다.

입자는 낮은 생분해성으로 인해 긴 반감기로 인해 수천 년은 아니더라도 수 세기 동안 환경에 남아 있을 수 있습니다18. 수량 측면에서 타이어에서 가장 중요한 독성 화합물 중 하나는 아연입니다. 즉, 타이어에는 약 1%의 아연이 포함되어 있습니다19. 일부 부작용은 이미 설명되어 있지만20,21,22,23,24 나노 및 미세입자 및 관련 독성 물질의 영향이 대부분이기 때문에 미세진핵생물 공동체에 대한 전반적인 영향은 아직 충분히 조사되지 않았습니다. 알 수 없음30.

또한, 타이어 마모의 경우 나노플라스틱이나 나노플라스틱 입자에 흡착되거나 내장된 독성 화합물에 의해 잠재적인 영향이 어느 정도까지 발생하는지 불분명합니다4,7,8,13,28,31,32,34,35,,32.

미세진핵생물 공동체에 대한 강력한 영향은 신체적 접촉, 식세포작용, 먹이사슬을 통한 축적 및 직간접적인 유해 효과가 있을 가능성이 높기 때문입니다37,38,39,40. Fu 등은 박테리아 군집의 변화를 보여주었습니다. 이는 미세진핵생물에 대한 간접적인 영향, 즉 먹이 상호작용을 통해 암시됩니다41,42. 마이크로플라스틱과 나노플라스틱의 효과는 입자 크기가 감소함에 따라 증가하는 것으로 알려져 있습니다43,44,45,46,47. 나노플라스틱은 지질막48에 침투하여 지질 과산화49를 일으키고 직접적인 접촉, 물리적 관통, 혈장분해 및 생리적 스트레스20,50,51,52,53,54에 의해 세포막을 파괴할 수 있습니다. 나노플라스틱과 미세플라스틱은 성장 억제 및 음영 효과와 관계없이 미세조류 배양에서 엽록소 함량과 광합성 활동을 감소시키는 것으로 나타났습니다43,52,55,56. 근본적인 효과는 CO2 흡수 감소에서부터 활성 산소종(ROS) 생산 증가, 왜곡된 틸라코이드 및 부정적인 영향을 받는 광합성 유전자에 이르기까지 다양합니다43,52,55,56.

0.01; Fig. 2). The communities in the zinc treatments started diverging from the zinc-free treatments already within the first hour after exposure (Figs. 2, 3) and continued to diverge until the end of the experiment. In particular, the relative abundances of Chrysophyta and Euglenozoa were initially higher in the zinc-treatments but later replaced by a higher abundance of Choanoflagellata, Cercozoa, Amoeba and Chlorophyta. While there are generally less Bacillariophyta, Chytridiomycota and Dinophyta (Fig. S3) compared to zinc-free treatments./p> 0.01) (Fig. S4, Table S8). Similarly, the true diversity, as well as evenness, was not significantly affected throughout the experiment (wilcoxon p > 0.01) (Figs. S5, S6). Further, diversity indices were similar between zinc and non-zinc treatments (wilcoxon p > 0.01). Diversity is thus decoupled from the taxonomic community profile. Although the relative abundances of individual taxa/OTUs changed, the evenness did not./p> 0.01), while the difference between these groups is significant (pairwise adonis, p < 0.01)./p> 0.01), they develop parabolically in the zinc treatments, i.e., an initial strong decrease is followed by a plateau phase and a full recovery towards the end. Compared to the control, photosynthesis proxies were lower in zinc treatments throughout the experiment (wilcoxon p < 0.01) with the exceptions of the last sampling (336 h) for the ZnNP treatment and the last two samplings for the Zn treatment./p>