Molti, dopo il disastro della BP, si sono chiesti se esistessero microorganismi in grado dialimentarsi di petrolio, e quindi di ripulire il mare. In effetti, non è una novità, esistono tutta una serie di ceppi batterici che sono in grado di farlo, a patto di riuscire a emulsionare il petrolio nell’acqua (dove comunque sono obbligati a vivere i batteri) tramite l’uso di qualche tensioattivo. Questo non sorprende affatto, considerando che il petrolio è una sostanza naturale (tra l’altro energeticamente molto ricca) che esiste da tantissimo tempo e viene dispersa in ambiente (in piccola misura) anche da fenomeni spontanei. Insomma, se esiste qualcosa che può essere usato, l’evoluzione si attrezzata sempre per farci qualcosa.
Proprio per questo, è difficile spiegarsi come mai i batteri, che solitamente non buttano via nulla, non si siano inventati nulla per digerire le plastiche “non biodegradabili”, principalmente polietilene (PE, HDPE e LDPE) e polipropilene PP.
Il polietilene e il polipropilene sono dei lunghissimi idrocarburi, il primo lineare e il secondo ramificato, quindi fondamentalmente solo carbonio e idrogeno contenenti un sacco di energia (il potere calorifico delle plastiche è circa doppio rispetto a quello della cellulosa). Oltretutto, attualmente, i polimeri plastici sono materiali terrestri con un ritmo di produzione e (purtroppo) dispersione di tutto rispetto, anche se, ovviamente relativamente recenti (per i tempi dell’evoluzione).
In effetti, in ambienti molto particolari quali le discariche o le compostiere, alcuni microorganismi sono in grado di “digerire” molto lentamente la plastica [1] (circa 1% annuo); in scala di laboratorio, diversi studi hanno identificato ceppi di Rhodococcus ruber in grado di crescere su polietilene che sviluppano una speciale parete idrofobica proprio per aderire meglio alla fonte di nutrimento [2,3].
Al contrario, nella stragrande maggioranza degli ambiente naturali le comunità batteriche sono in grado di utilizzare plastica solo se “pre-digerita” da raggi UV, ozono o altri agenti degradanti presenti in natura.[4] Questi fenomeni rompono la plastica in pezzetti più piccoli, poi utilizzabili dai microorganismi. Normalmente se una comunità biologica è in grado di gestire interamente la degradazione di un materiale (come la cellulosa), gli organismi, crescendo in numero, degradano più velocemente il materiale e ottengono maggiore energia che usano per crescere in numero e così via. Il risultato è che il materiale non si accumula oltre certi limiti e il sistema si autoregola.
La plastica, per i tempi dell’evoluzione, è un materiale relativamente nuovo e anche per questo il meccanismo non funziona particolarmente bene. Il risultato è che al fronte di un flusso di materiale modesto (200 Mton di carbonio per anno)[5] se confrontato con quello di materiali naturali generati dalla fotosintesi(poco meno di 110 000 Mton per anno),[5] le materie plastiche rappresentano attualmente uno dei principali contaminanti ambientali, sia terrestri che oceanici.
Il punto è che la prima fase di degradazione “fisica” del materiale con raggi UV, ozono o altri agenti degradanti rappresenta un collo di bottiglia quasi insormontabile,[6] e i batteri (che possono digerire molecole derivanti dal polietilene solo sotto una dimensione critica) devono aspettare pazientemente il loro turno senza poter spingere sull’acceleratore biologico. Per questo, una delle possibili soluzioni per incentivare la degradazione del polietilene consiste nell’aggiungere additivi pro-ossidanti (Cobalto, Manganese, Cromo, Nichel, Molibdeno o Ferro supportati su allumina o silice), ovvero catalizzatori che velocizzano la degradazione innescata dalla luce ultravioletta (in piena luce) o dall’ozono atmosferico (nel suolo) [7,8,9,10,11]. Tuttavia anche con questi additivi i tassi di degradazione rimangono molto bassi.
Sarebbe tutta un’altra musica se si avesse a disposizione una comunità batterica che distrugge attivamente la plastica. Ci vorrebbero batteri o funghi “plastic eaters”, dei mangiatori di plastica! (Tuttavia, se 2 mesi fa aveste scritto “plastic eaters” su Google avreste trovato il gruppo musicale “jungle punk” Plastic Eaters di New York, suppongo incapace di digerire la plastica… almeno credo.)
Al contrario, il 24-25 marzo, ad un congresso a Honolulu, A, Zettler e T. Mincer del “Wood Hole Research Center” si sono dichiarati probabili testimoni di un singolare “banchetto a di base plastica” da parte di batteri.
Il centro di ricerca in questione (nella cittadina di “Wood Hole” nel nord est degli Stati Uniti) sta da tempo cercando di fare un bilancio globale di carbonio tramite l’uso di sistemi di telerilevamento ambientale, e nell’ambito di questi studi stava campionando il Mar dei Sargassi. Infatti, nel Mar dei Sargassi, caro ai cultori della buona cucina ferrarese ( è il luogo di nascita delle anguille europee), esiste anche una sorta “Alantic Garbage Patch” , cioè un accumulo di plastica galleggiante (1100 ton), [12] fratello minore del “Great Pacific Garbage Patch” al centro dell’Oceano Pacifico di cui, alcuni lettori saltafossiani ricorderanno, Marco aveva parlato in uno dei primi articoli.
Durante l’esame morfologico di materiale campionato nella zona, sotto i pallidi riflettori di un microscopio elettronico, sono state inquadrate forme riconducibili ad organismi biologici affossati in tante “buche” all’interno della plastica. Lo scopritore descrive così l’evidenza osservata: “assomiglia ad un tizzone ardente gettato nella neve”. Insomma, qualsiasi cosa avesse generato quelle “buche” doveva mangiare la plastica a ritmi molto più elevati di quelli noti. Successivi studi del micro-ambiente all’interno plastica hanno identificato particolari vibrioni (classe di batteri normalmente poco presenti in ambiente marino) responsabili del fenomeno.
È stata rivelata la presenza di un intera comunità microbica (comprendente anche cellule eucarioti), completamente differente da quella dell’oceano circostante, in grado quindi di soggiornare e decomporre la superficie della plastiche galleggianti. Facile il nome: plastosfera (in analogia con altre sfere biologiche), un ambiente biologico completamente nuovo innescato dalla dispersione delle plastiche in ambiente marino. [13]
Non è chiaro se questa comunità biologica si sia evoluta recentemente proprio nei “garbage patches” oceanici oppure se sia qualcosa di comune nonché già presente in varie parti del globo; inoltre si attendono le conferme di una scoperta che proverebbe l’incredibile capacità di adattamento e l’abbondanza di “risorse genetiche” degli organismi marini.
L’ipotesi di nuove comunità microbiche di questo tipo spiegherebbe inoltre perché il livello di spazzatura oceanica, per quanto enorme, si stia lentamente stabilizzando [14,15] (e questo nonostante la produzione e dispersione di plastica non biodegradabile non sia significativamente diminuita)[3,4].
Una buona notizia solo in parte, in quanto il “conto della lavanderia” batterica potrebbe anche essere salato. Infatti, se da un lato la scoperta della plastosfera pone un limite teorico all’accumulo di materiale plastico galleggiante, dall’altro lato potrebbe tradursi in un incremento drastico rilascio del rilascio delle sostanze organiche disciolte derivate dalla degradazione stessa (ad esempio pericolosi ftalati o PCB ritenuti nelle plastiche) con rischi per la catena alimentare probabilmente molto rilevanti.
CRISTIAN
[1] Song, J.H., Murphy, R.J., Narayan, R. and Davies, G.B.H. (2009). Biodegradable and compostable alternatives to conventional plastics. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 364(1526), 2127-2139.
[2] A. Sivan, M. Szanto, V. Pavlov. Biofilm development of the polyethylene-degrading bacterium Rhodococcus ruber. Appl Microbiol Biotechnol (2006) 72: 346–352.
[3] http://www.ourplanet.com/unep-yearbook-2011/03-UNEP_YEARBOOK_Plastic_debris_in_the_ocean.pdf
[4] Prasun K. Roy, Minna Hakkarainen, Indra K. Varma, Ann-Christine Albertsson, Degradable Polyethylene: Fantasy or Reality. dx.doi.org/10.1021/es104042f | Environ. Sci. Technol. XXXX, XXX, 000–000
[5] PlasticsEurope 2010
[6] M. J. Behrenfeld1, J.T. Randerson, C.R. McClain, G.C. Feldman, S.O. Los, C.J. Tucker, P.G. Fa
lkowski, C.B. Field, R. Frouin, W.E. Esaias, D.D. Kolber, N. H. Pollack. Biospheric primary production during an ENSO transition. Science 291 (2001) 2594–2597.
[7] Reddy MM, Deighton M, Gupta RK, Bhattacharya SN, Parthasarathy R. Biodegradation of oxo-biodegradable polyethylene. J Appl Polym Sci 2009;111:1426–32.
[8] Arnaud R, Dabin P, Lemaire J, Al-Malaika S, Chohan S, Coker M, et al. Photooxidation and biodegradation of commercial photodegradable polyethylenes.Polym Degrad Stab 1994;46:211e24.
[9] Weiland M, Daro D, David C. Biodegradation of thermally oxidized polyethylene.
Polym Degrad Stab 1995;48:275e89.
[10] Jakubowicz I. Evaluation of degradability of biodegradable polyethylene (PE). Polym Degrad Stab 2003;80:39e43.
[11] Williams PT, Bagri R. Hydrocarbon gases and oils from the recycling of polystyrene
waste by catalytic pyrolysis. Int J Energy Res 2003;28(1):31e44.
[12] Lavender Law, K. et al. Science 329, 1185-1188 (2010).
[13] 28 March 2011 | Nature | doi:10.1038/news.2011.191
[14] David K. A. Barnes, Francois Galgani, Richard C. Thompson and Morton Barlaz Accumulation and fragmentation of plastic debris in global environmentsPhil. Trans. R. Soc. B (2009) 364, 1985–1998
[15] Richard C. Thompson et al. Lost at Sea: Where Is All the Plastic? Science ( 2004) vol. 304 no. 5672 p. 838
