Л.Н.Толстой и старшилки про микропластик
Есть у графа Л.Н. Толстого дидактическая история. Короткая. Вот она вся.
КОСТОЧКА
(Быль)
Купила мать слив и хотела их дать детям после обеда. Они лежали на тарелке. Ваня никогда не ел слив и все нюхал их. И очень они ему нравились. Очень хотелось съесть. Он все ходил мимо слив. Когда никого не было в горнице, он не удержался, схватил одну сливу и съел. Перед обедом мать сочла сливы и видит, одной нет. Она сказала отцу.
За обедом отец и говорит: «А что, дети, не съел ли кто-нибудь одну сливу?»
Все сказали: «Нет». Ваня покраснел как рак, и сказал тоже: «Нет, я не ел».
Тогда отец сказал: «Что съел кто-нибудь из вас, это нехорошо; но не в том беда. Беда в том, что в сливах есть косточки, и если кто не умеет их есть и проглотит косточку, то через день умрет. Я этого боюсь».
Ваня побледнел и сказал: «Нет, я косточку бросил за окошко».
И все засмеялись, а Ваня заплакал.
Так вот, борцы с микропластиком выступают как отец, пугая себя и читателей, тем, что неразумные морские животные проглотят кусочек микропластика и умрут, потому что не умеют его есть.
То есть по их логике от начала возникновения жизни на Земле и до 50х годов ХХ века вода и воздух были чисты и прозрачны, а потом началось производство синтетических полимеров, которые «запачкали нам всю экологию», как крупными кусками, так и микропластиком. И пока в воде не появился микропластик, там встречались лишь частицы вкусной и здоровой пищи.
Я уже писал, что если назвать микропластик пылью, то сразу становится не так страшно. Пыль была всегда. Пыль есть разная и в таких ее разновидностях, как органическая (пыльца растений и мелкие живые существа), космическая, вулканическая, да и просто пыль от естественного разрушения горных пород, человек не виноват. Техногенная - да, это мы.
Еще раз напомню, что общее количество синтетических смол и волокон, изготовленных за 65 лет, с 1950 по 2015 год, составляет 7.8 миллиарда тонн.
Материалов вулканогенного происхождения поступает в море 2-3 миллиарда тонн в ГОД! (1)
Так что пыль в среде, окружающей живые организмы, была, есть и будет. Часть органической пыли даже живет и размножается в воде и называется планктон. Многие водные животные, начиная с примитивно устроенных губок и кончая усатыми китами, питаются взвешенной в воде органическими веществами. Такие животные называются фильтраторами. Иногда их пища оформлена в виде живых организмов планктона (растения, животные, бактерии, вирусы), иногда в виде трупов разной степени разложения, иногда в виде чужих какашек, а иногда это просто молекулы органических веществ. И всегда съедобные частицы плавали вперемешку с несъедобными и условно съедобными. (Условно съедобные - это либо малопитательные, либо ядовитые, которых не все могут безболезненно съесть, либо те, что не годятся в пищу именно этому животному, например кораллы не могут переварить микроводоросли).
Те, кто рассказывают нам, как страдают животные от заглатывания микропластика, предполагают, что фильтраторы не в состоянии выбрать съедобное и глотают все подряд, а проглотив не знают, как избавиться от ненужного. Но ведь планктон вовсе не мягкий и пушистый.
В нем встречаются существа ядовитые и кусачие, а так же бронированные твердыми покровами. И это не только мелкие рачки, одетые в естественный полимер хитин, но и одноклеточные, у которых внешние скелеты минеральные: кремневые у диатомовых водорослей и радиолярий, кальциевый у фораминифер. Так что даже из самых общих соображений фильтраторы либо не должны глотать все подряд, либо, проглотив, должны от них избавляться: выплевывать, выкашливать, выкакивать или складывают в укромных уголках своего организма, предварительно окутав слизью или кальцием. И что к этому количеству неперевариемых панцирей, скелетов, костей, минеральных частиц добавит какое-то количество волокон и микрокусочков пластика?
Но кроме общих соображений есть и конкретные данные, полученные еще в первой половине ХХ века. Микропластика тогда еще еще не было, но были несъедобные частицы, присутсвующие в толще воды вперемешку со съедобными. Вот биологи и стали изучать стратегии питания организмов-фильтраторов.
В 30-е годы британский зоолог Морис Йонг провел исследования питания кораллов на Большом бареерном рифе Австралии, ставшие классическими. Он показал разнообразие стратегий питания кораллов разных видов.
Коралл Fungia scutaria загоняет к себе в пищеварительную полость все без разбора, но переваривает только вещество животного происхождения, а остальное вскоре выбрасывает. Этот неспецифический тип сбора пищи следует сравнивать с высокоселективным хищничеством у родственного длиннощупальцевого коралла Heliofungia actiniformis. Любая добыча, попавшая в щупальца, немедленно захватывается и проглатывается Щупальцевый способ питания Heliofungia очень селективен, так что внутрь практически не проникает ни растительное, ни мертвое вещество (2).
С тех пор появилось еще больше данных о разнообразии и гибкости стратегий питания кораллов, от глотания всего подряд в широком размерном диапазоне, в том числе и мертвых частица, и до очень выборочного отлова вкусных рачков из зоопланктона (3).
Вот, на иллюстрации (4) показан размерный диапазон пищи кораллов от бактерий и до рачков.
Но ведь если коралл глотает все подряд, он должен выплевывать несъедобные компоненты морской пыли.
А если он глотает лишь вкусных и питательных ракообразных, то должен выплевывать их хитиновые скелеты. Но в любом случае у него есть механизм недопущения несъедобных частиц во внутрь и/или механизм избавления от них.
Коралл - это представитель сидячих животных-фильтраторов. Но есть и свободноплавающие фильтраторы, например большая и очень важная группа веслоногих рачков Copepoda.
Избирательность их питания была показана в тех же 30 годах (5) и с тех пор многократно подтверждалась (6).
Но вот появились синтетические полимеры и уже в конце 70х рачкам стали подсовывать микрокапсулы, соизмеримые с их основной пищей - микроводорослями.
Оказалось, что рачки охотнее глотают микрокапсулы из полимерной полупроницаемой мембраны, пахнущие водорослями, чем непахнущие. (7)
А если предложить им смесь настоящих микроводорослей и полистироловых шариков того же размера, то они меняли свои предпочтения в зависимости от обилия еды. Когда водорослей было много, то рачки игнорировали полистирол, а если мало, то глотали и водоросли, и полистирол. Но и в последней ситуации они охотнее глотали полистирол с ароматом водорослей, чем неароматизированный (8).
Концентрация самих микрокапсул полистирола не влияла на скорость поедания водорослей рачками, как при низкой, так и при высокой доступности водорослей (9).
Исследования взаимоотношений рачков и микрокапсул продолжаются и в наши дни. Так, статья, опубликованная в 2017 г., рассказывает, какие характеристики самого микропластика делает его привлекательным для рачков, а какие нет (10). Статья интересная, я ее позже перескажу отдельно.
Но что это мы все про мелочь. Вот, синий кит, Balaenоptera musculus, самое большое современное животное. Его длина достигает 33 метров, а масса превышает 150 тонн. Такой большой, а питается, как кораллы и рачки, планктоном. Кит открывает пасть и набирает в неё воду со всем, что в этой воде присутствует, а затем закрывает пасть и языком выжимает воду обратно сквозь китовый ус. При этом планктон оседает на бахроме уса и затем заглатывается.
Синие киты питаются исключительно крилем. Криль это название мелких (до 6.5 см) морских планктонных рачков, образующих скопления в поверхностных слоя океанов. (На нижней иллюстрации показано скопление криля и китовая акула, поедающая криль. Фотографии едящего кита я не нашел). Конечно кит не гоняется за отдельным рачком, который в тысячи раз меньше его самого, но и не плавает просто открыв рот, в надежде, что планктон сам туда попадет. Хитрая стратегия китовой охоты направлена на то, чтобы найти хорошие скопления планктона и так к нему подойти, чтобы захватить за один раз максимальное количество пищи и потратить на это меньше энергии (11). Казалось бы, при такой катастрофической ситуации с микропластиковым загрязнением, киты должны глотать много микропластика.
Данных о том, сколько планктона съедает синий кит я не нашел, но есть информация о его ближайшем родственнике, финвале, Balaenoptera physalus, который при почти сходной длине весит меньше, 40-70 тонн. По данным из статьи итальянских биологов (12), финвал профильтровывает за день 6 тысяч кубометров воды, добывая оттуда 913 кг планктона. По их же данным 1 кубометр воде Средиземного моря содержит 0,62 штуки микропластика и 1852 экз. планктонных животных. Дальше они почему-то считать не стали. Но ведь получается, что соотношение микропластик/микрорачок 1:3000. То есть кит, весящий 55 000 кг, съедает в день 913 кг еды, в которой может быть 300 г. микропластика. Такая вот сливовая косточка. 6 миллиграмм на килограмм живого веса кита. И это в Средиземном море, где планктона меньше, чем в открытом океане, а микропластика больше.
В открытом океане соотношения иные. Концентрация криля в одном кубометре воды может достигать до 30 000 особей. Количество микропластика в самой загрязненной части Тихого океана три штуки на кубический метр. То есть получается 1 кусок пластика на 10 000 рачков. Основной представитель криля, рачок Euphausia superba, весит не более 2 г.
Можно смело предположить, что синий кит весящий в несколько раз больше финвала соответственно больше и съедает. Если допустить, что кит съел за день 1000 кг криля, то это будет 500 тысяч рачков. 10 тысяч рачков соответствует 1 куску микропластика, то есть кит весом в 150 тонн съест за день 50 кусочков микропластика. Как вы думаете, сможет он выкакать эту нагрузку, если ему приходится выкакивать хитин 500 тысяч рачков?
Вот на аэрофотографии видны 2 синих кита. А в левом нижнем углу нечто оранжевое, соизмеримое с китом. Это кит покакал, много покакал. А оранжевое оно из-за непереваренных панцирей криля.
* * *
В мои планы не входило дать полный обзор стратегий питания фильтраторов. Я просто хотел продемонстрировать, что данные о том, как поступают эти животные с несъедобными частицами давно известны и доступны. Если я, пенсионер с компьютером, смог их найти в сети, то тем более это не должно составить труда для действующих исследователей, имеющих гораздо большие возможности для поиска литературы.
Но не надо им этого, лучше пугать читателей смертельными запорами от микропластика на всех трофических уровнях.
* * *
Вот и говорит папаша-грантоед: «если кто проглотит микропластиковую косточку, то через день умрет».
А Ваня-фильтратор отвечает: «нет, я косточку бросил за окошко, меня эволюция научила безопасно питаться в условиях, когда кроме корма в воде много чего несъедобного плавает».
* * *
Полезный совет: увидев очередную страшилку про микропластик, найденный в живых организмах, поинтересуйтесь, а где именно он обнаружен. Если в желудочно-кишечном тракте, то ничего страшного, это он транзитом следует от входа к выходу. А если в других внутренних органах … , но вот не нашел я статей об обнаружении микропластика в других органах.
Есть эксперименты со специально обученными наночастицами, сравнимыми по величине с макромолекулами. Клетка может затянуть их внутрь себя при определенных условиях, что в перспективе дает возможность использовать наночастицы как носители лекарств. Но это совсем другая история, не имеющая отношения к мусорному микропластику.
Литература
1. Лисицын А.И. 1978. Процессы океанской седиментации. М.: Наука. 392 с.
цит. по Куприн П.Н. 2014. Введение в океанологию М.: МГУ. 632 с.
https://ozlib.com/869942/biologiya/vzvesi_kolloidy_morskoy_vode.
2. Yonge C. M. 1930. Studies on the physiology of corals. I. Feeding mechanisms and food. Scient. Rep. Gt. Barrier Reef Exped., V. 1. P. 13-57.
Цитирую по статье 70 года, где Йонг один из авторов.
Goreau T. F., Goreau N. I., Yonge C. M., Neumann Y. 1970. On feeding and nutrition in Fungiacava eilatensis (Bivalvia, Mytilidae), a commensal living in fungiid corals. Journal of Zoology, V. 160 (2). P. 159-172.
doi:10.1111/j.1469-7998.1970.tb02901.x
3. Anthony K. R. N. 2000. Enhanced particle-feeding capacity of corals on turbid reefs (Great Barrier Reef, Australia). Coral Reefs, V. 19 (1). P. 59-67.
doi:10.1007/s003380050227
4. Houlbrèque F., Ferrier-Pagès C. 2009. Heterotrophy in tropical scleractinian corals. Biol. Rev. Camb. Philos. Soc., V. 84 (1). P. 1-17.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19046402
5. Harvey H. W. 1937. Note on selective feeding by Calanus. J. Mar. Biol. Assoc. U.K., V. 22. P. 97-100. (цит. Nо 6).
6. Wilson D.S. 1973. Food Size Selection Among Copepods. Ecology, V. 54 (4). P. 909-914.
https://www.jstor.org/stable/1935688?seq=1
7. Poulet S. A., Marsot P. 1978. Chemosensory Grazing by Marine Calanoid Copepods (Arthropoda: Crustacea). Science, V. 200 (4348). P. 1403-1405.
DOI: 10.1126/science.200.4348.1403
8. DeМott W. R. 1988. Discrimination between algae and artificial particles by freshwater and marine copepods. Limnol. Oceanogr., V. 33 (3). P. 397-408.
https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.1988.33.3.0397
9. DeМott W. R. 1989. Optimal foraging theory as a predictor of chemically mediated food selection by suspension-feeding copepods. Limnol. Oceanogr., V. 34 (l). P. 140-154.
https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.4319/lo.1989.34.1.0140
10. Vroom R.J.E., Koelmans A.A., Besseling E., Halsband C. .2017. Aging of microplastics promotes their ingestion by marine zooplankton. Environmental Pollution, V. 231. P. 987-996.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0269749116325908?via%3Dihub
11. Goldbogen J.A., Hazen E.L., Friedlaender A.S., Calambokidis J., DeRuiter S.L., Stimpert A.K., Southall B.L. 2015. Prey density and distribution drive the threedimensional foraging strategies of the largest filter feeder. Funct. Ecol., V. 29. P. 951-961.
https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/1365-2435.12395
12. Fossi M. C., Panti C., Guerranti C., Coppola D., Giannetti M., Marsili L., Minutoli R. 2012. Are baleen whales exposed to the threat of microplastics? A case study of the Mediterranean fin whale (Balaenoptera physalus). Marine Pollution Bulletin, V. 64 (11). P. 2374-2379.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22964427