Changements de communauté microbienne induits par le plastique et le zinc comme substituts à l'abrasion des pneus

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 18684 (2022) Citer cet article

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Les milieux aquatiques servent de puits aux rejets anthropiques. Une part importante des rejets concerne l'usure des pneumatiques, qui sont de plus en plus rejetés dans l'environnement, provoquant des catastrophes environnementales en raison de leur longévité et de la grande quantité de polluants qu'ils contiennent. Les principaux composants des pneus sont le plastique et le zinc, qui peuvent donc être utilisés comme substituts à l'abrasion des pneus pour étudier l'effet sur la vie microbienne. Nous étudions des concentrations réalistes sur le plan environnemental de plastique et de zinc sur une communauté microeucaryote d'eau douce en utilisant le séquençage à haut débit de la région 18S V9 sur une période d'exposition de 14 jours. Outre une diversité généralement inchangée lors de l'exposition au zinc et aux nanoplastiques, un changement dans la structure de la communauté dû au zinc est évident, mais pas dû aux nanoplastiques. De toute évidence, les particules nanoplastiques n’affectent guère la communauté, mais l’exposition au zinc entraîne des changements drastiques d’abondance fonctionnelle concernant le mode trophique. Les micro-organismes phototrophes ont été presque complètement diminués au début, mais la photosynthèse s'est rétablie. Cependant, les taxons dominants effectuant la photosynthèse sont passés des bacillariophytes aux chlorophytes. Alors que les organismes phototrophes diminuent en présence de zinc, la fraction mixotrophe en a initialement bénéficié et la fraction hétérotrophe en a bénéficié tout au long de la période d'exposition. Contrairement aux changements durables dans la composition des taxons, la composition de la communauté fonctionnelle est initialement fortement déséquilibrée après l'application de zinc, mais revient à son état d'origine.

La pollution est un problème croissant à l’échelle mondiale, entraînant des conséquences imprévues et des dommages incalculables à la biodiversité1,2,3,4,5,6. L’abrasion des pneus est une source de pollution importante7,8. Les pneus contiennent de nombreuses substances comme du noir de carbone, des additifs, du tissu, des agents de durcissement, du soufre, des métaux, mais aussi du styrène et du butadiène, qui sont des précurseurs du polystyrène9,10,11,12. L'usure du pneu laisse des particules à la surface qui, en raison de l'abrasion et des rayons UV, se dégradent en micro et nanoplastiques4,13,14,15,16. Lors du prochain épisode de fortes pluies, ces particules sont ensuite entraînées dans les plans d’eau (Fig. 1).

Représentation picturale montrant comment les polluants issus de l'abrasion des pneus pénètrent dans les écosystèmes aquatiques. Pendant la conduite, le pneu s'use et laisse des particules sur la surface de la route, qui sont encore dégradées en micro et nanoparticules par la friction et les rayons UV. Ces particules sont rejetées lors des prochaines fortes pluies dans les écosystèmes aquatiques et terrestres. Là, ils interagissent et affectent les organismes microbiens et s’accumulent ensuite tout au long de la chaîne alimentaire17.

Les particules peuvent rester dans l’environnement pendant des siècles, voire des millénaires, en raison de leur longue demi-vie, attribuable à leur faible biodégradabilité18. L'un des composés toxiques les plus importants présents dans les pneus en termes de quantité est le zinc, c'est-à-dire que les pneus contiennent environ 1 % de zinc19. Certains effets indésirables sont déjà décrits20,21,22,23,24, mais l'impact global sur les communautés microeucaryotes n'est pas encore suffisamment étudié5,25,26,27,28,29 car les effets des nano- et microparticules et des substances toxiques associées sont pour la plupart inconnu30.

De plus, en ce qui concerne l’abrasion des pneus, on ne sait pas clairement dans quelle mesure les effets potentiels sont provoqués par les nanoplastiques ou par des composés toxiques adsorbés ou incorporés dans les particules nanoplastiques4,7,8,13,28,31,32,34,35,32.

Des effets importants sur les communautés microeucaryotes sont probables, car des effets nocifs directs et indirects via le contact physique, la phagocytose, l'alimentation et l'accumulation via le réseau trophique sont probables37,38,39,40. Un changement dans les communautés bactériennes a été montré par Fu et al. suggérant des effets indirects sur les microeucaryotes, c'est-à-dire via des interactions alimentaires41,42. On sait que les effets des micro et nanoplastiques augmentent avec la diminution de la taille des particules43,44,45,46,47. Les nanoplastiques peuvent pénétrer dans les membranes lipidiques48, entraînant une peroxydation lipidique49 et une perturbation des membranes cellulaires par contact direct, perçage physique, plasmolyse et stress physiologique20,50,51,52,53,54. Il a en outre été démontré que les nanoplastiques et les microplastiques provoquent une diminution de la teneur en chlorophylle et de l'activité photosynthétique dans les cultures de microalgues, indépendamment de l'inhibition de la croissance et des effets d'ombrage43,52,55,56. Les effets sous-jacents sont divers, allant d’une absorption réduite de CO2 à une production accrue d’espèces réactives de l’oxygène (ROS), à des thylakoïdes déformés et à des gènes de photosynthèse affectés négativement43,52,55,56.

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>