Volando da qualche parte sul pianeta, c'è un aereo dotato di livello di ricerca, nastro biadesivo all'esterno dello scafo. Ogni volta che il pilota atterra sull'aereo, rimuove il nastro, lo sigilla in un pacchetto, e lo sostituisce con uno nuovo prima di decollare di nuovo. Quindi spedisce il pacco alla Scripps Institution of Oceanography dell'UC San Diego, cura di Dimitri Deheyn, Ricercatore associato.

Guardando il nastro al microscopio, Deheyn vede quello che sta cercando:microfibre, attaccato agli adesivi.

Le microfibre sono un sottoinsieme delle microplastiche, minuscoli pezzi di materiali a base di petrolio che si rompono da pezzi di plastica più grandi o sono fabbricati nelle loro dimensioni microscopiche:meno di 5 millimetri di diametro. I fili di fibra, circa cinque volte più sottili di un capello umano, vengono utilizzati nella produzione tessile; si liberano dai nostri vestiti durante l'usura, durante il lavaggio e l'asciugatura, che scorre nei corsi d'acqua e alla deriva nell'aria.

Deheyn sta lavorando con Robert DeLaurentis (alias Zen Pilot) su uno studio che analizza la distribuzione globale e la concentrazione delle microfibre. Dice che la migliore scienza a volte coinvolge la tecnologia più semplice:in questo caso, nastro biadesivo. Per ogni parte del suo volo di 30 tappe dal Polo Nord al Polo Sud, DeLaurentis avrà un campione per Deheyn.

"Potrebbe non darci numeri assoluti, ma almeno ci darà un buon indizio sui tipi di particelle presenti nell'atmosfera, " ha detto Deheyn. "E sarà la prima volta che campioni come questo saranno raccolti in tutto il mondo."

Questi campioni si aggiungeranno alla ricerca attuale di Deheyn, che ha scoperto le microfibre nell'Artico, in Amazzonia, nelle parti più remote e profonde del mare. Praticamente ovunque ha campionato o da cui ha ricevuto campioni.

"Dopo aver trovato microfibre in campioni di acqua provenienti da tutto il mondo, era chiaro che una delle principali vie di contaminazione doveva essere l'atmosfera, " disse Deheyn. "Ma come un biologo marino abituato a raccogliere campioni sott'acqua, Chiaramente non avevo idea di come prelevare campioni d'aria ad alta quota in tutto il mondo".

La fine di una guerra, l'inizio di un'era

Recente Scripps Ph.D. la laureata Jenni Brandon estrae un campione di fondale marino nelle collezioni geologiche di Scripps. È stato prelevato dall'offshore della California meridionale nel bacino di Santa Barbara. I suoi contenuti rappresentano una fetta di storia geologica, sedimenti che risalgono a 200 anni fa.

Brandon ha utilizzato questo e altri nuclei in un recente studio in cui ha scoperto che la quantità di plastica che si accumula nell'ambiente è esplosa dalla fine della seconda guerra mondiale. Il forte aumento esponenziale corrisponde a un aumento del tasso di produzione di plastica in tutto il mondo e a un'impennata della popolazione costiera della California durante lo stesso periodo di tempo. Il team di ricerca ha notato che dagli anni '40 la quantità di plastica microscopica è raddoppiata circa ogni 15 anni.

"La produzione di plastica viene copiata quasi perfettamente nei nostri reperti sedimentari. Il nostro amore per la plastica viene effettivamente lasciato indietro nei nostri reperti fossili, " disse Brandon.

L'ascesa della plastica a partire dal 1945, mentre il mondo si riprendeva dalla guerra, potrebbe fungere da proxy per un periodo di tempo all'interno dell'Antropocene che gli scienziati hanno etichettato come "la grande accelerazione". Gli scienziati definiscono l'Antropocene come l'era geologica attuale, durante i quali l'attività umana è stata l'influenza dominante sul pianeta.

Prima della "Grande Accelerazione, " gli scienziati avevano stimato che tra 4,8 e 12,7 milioni di tonnellate di rifiuti di plastica entrano nell'oceano ogni anno. Poiché la quantità di rifiuti di plastica tende a seguire la popolazione, Brandon e coautori prevedono che le aree costiere potrebbero sopportare un peso sproporzionato di quell'infusione di plastica mentre la crescita della popolazione costiera continua ad accelerare.

Lo studio di Brandon è il primo del suo genere in quanto ha esaminato l'accumulo di plastica nel tempo in un luogo che ha offerto ai ricercatori l'opportunità di risolvere la tendenza nei minimi dettagli, ed è tra i tanti che illustrano quanto sia pervasivo l'inquinamento da plastica negli oceani globali.

Ottenere i numeri giusti

Individuare l'inizio del nostro assalto di plastica all'ambiente non è stato l'unico modo per aprire gli occhi a Brandon. In uno studio separato, Brandon ha scoperto che gelatinoso, gli invertebrati marini filtratori chiamati salpe stanno ingerendo mini-microplastiche; questi pezzi di inquinamento ultra-minuscoli erano precedentemente volati sotto il radar degli scienziati.

Anche se non sorprende che questi organismi mangino plastica, Brandon è rimasto sorpreso dall'enorme volume di microplastiche che in precedenza era mancato:circa un milione di volte di più di quanto si pensasse in precedenza.

Analizzando campioni di acqua di mare, Bandon ha trovato alcune delle più piccole microplastiche numerabili nell'acqua di mare superficiale a concentrazioni molto più elevate di quelle misurate in precedenza. Il suo metodo ha rivelato che il modo tradizionale di contare le microplastiche marine probabilmente mancava delle particelle più piccole.

In media, Brandon stima che l'oceano sia contaminato da 8,3 milioni di pezzi di mini-microplastiche per metro cubo d'acqua. Studi precedenti che misuravano pezzi di plastica più grandi hanno trovato solo 10 pezzi per metro cubo.

Brandon ha collaborato con la coautrice Linsey Sala, responsabile delle collezioni della Scripps Pelagic Invertebrate Collection, una delle collezioni più importanti al mondo di zooplancton marino che risale al 1903. Brandon ha sezionato salpe raccolte in più anni di spedizioni marittime e reti di monitoraggio a lungo termine nel Pacifico settentrionale.

Delle 100 salpe Brandon censite da campioni di acqua raccolti nel 2009, 2013, 2014, 2015 e 2017, Il 100% aveva mini-microplastiche nelle viscere. I risultati hanno scioccato Brandon.

"Ho sicuramente pensato che alcuni di loro sarebbero stati puliti perché hanno un tempo di rimozione dell'intestino relativamente rapido, "Brando ha detto, notando che il tempo necessario a una salpa per consumare e defecare il cibo è compreso tra due e sette ore. Come filtratori, le salpe mangiano quasi sempre.

La plastica nello stomaco delle salpe potrebbe risalire la catena alimentare fino alle creature che se ne nutrono, tra cui tartarughe marine, scorfani e granchi reali pescati commercialmente. Infine, queste mini-microplastiche potrebbero farsi strada negli esseri umani.

"Nessuno mangia salpe, ma non è lontano nella catena alimentare dalle cose che mangi, " ha detto Brandon.

Il MIGLIOR percorso in avanti

Legato da una corda e sommerso sott'acqua al largo del molo di Scripps, i campioni di plastica si stanno lentamente degradando. I due esperimenti sono di proprietà di laboratori diversi ma fanno parte degli sforzi per comprendere lo stesso processo:come si degradano le materie plastiche.

Da un lato del molo, Deheyn e la ricercatrice post-dottorato Sarah-Jeanne Royer stanno monitorando le microfibre a base di petrolio e di cellulosa (fibra di legno).

Royer controlla regolarmente lo stato di queste fibre. Un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Deheyn, sta lavorando con l'industria per trovare nuove opzioni sostenibili per le fibre. Questa ricerca è stabilita attraverso l'iniziativa BEST, una piattaforma fondata da Deheyn che facilita l'interazione tra industria e mondo accademico per fornire uno spazio di collaborazione.

La chiave di questo studio era acquisire fibre di materie prime create da metodi di lavorazione chimica popolari che potrebbero in definitiva influire sulla biodegradabilità delle fibre, che è stato implementato con successo con produttori di fibre come il gruppo Lenzing con sede in Austria. I ricercatori sperano di affrontare due questioni fondamentali:quali materiali vergini si degradano nell'ambiente marino, e quale processo nella catena di approvvigionamento altera il degrado dei tessuti.

Deheyn inizialmente non aveva in programma di studiare le microplastiche; in realtà è specializzato in biofluorescenza. Ma notò strani materiali che brillavano nei suoi campioni. All'inizio, pensava che fossero solo graffi sulla lente, ma è venuto a scoprire che erano in realtà microfibre.

L'osservazione di Deheyn di inquinanti fluorescenti ha portato a nuove opportunità. Lui e i ricercatori della Jacobs School of Engineering della UC San Diego hanno utilizzato la fluorescenza per sviluppare una nuova tecnologia per rilevare le microplastiche filtrate dai campioni di acqua.

La tecnica, sviluppato dalla studentessa laureata in ingegneria Jessica Sandoval, è chiamato Identificatore automatico delle microplastiche (AMI). Il protocollo mira a sostituire il conteggio manuale a occhio con processi di automazione che identificano le fibre. I ricercatori prima fotografano i filtri sotto l'illuminazione UV, in modo che la plastica diventi fluorescente. Sandoval ha sviluppato un software per quantificare la quantità di plastica su ciascun filtro e per generare anche informazioni sulle caratteristiche della plastica utilizzando il riconoscimento delle immagini.

"È un primo passo emozionante, utilizzando tecnologie di automazione per assistere con il monitoraggio di questo prevalente inquinante marino, "disse Sandoval, che ha iniziato a sviluppare questa tecnologia come studente universitario presso l'UC San Diego. "Con tali tecnologie, possiamo elaborare più facilmente campioni da tutto il mondo e generare una migliore comprensione della distribuzione della microplastica".

Deheyn sta usando questa tecnologia per analizzare i campioni d'acqua che sono stati prelevati dal molo di Scripps dagli anni '70. Questi campioni vengono analizzati per la concentrazione di microfibre al fine di determinare come le quantità di questo inquinamento sono cambiate nel tempo. Questa ricerca mostrerà anche quali tipi di fibre sono i meno biodegradabili, e in quale periodo negli ultimi 50 anni questo particolare inquinamento da plastica è diventato evidente.

Dall'altra parte del molo, le plastiche post-consumo come bottiglie d'acqua e tazze di yogurt stanno accumulando microbi marini. Questi organismi aiutano ad abbattere la plastica, e l'oceanografo biologico di Scripps Jeff Bowman fa parte di un gruppo che lavora per capire come, e quali microbi sono più importanti.

Bowman sta lavorando con la National University di San Diego al progetto CUREing Microbes on Ocean Plastics, un programma che utilizza le esperienze di ricerca universitaria (CURE) basate sul corso per centrare l'apprendimento degli studenti su problemi del mondo reale. Finanziato dalla National Science Foundation, il programma è incentrato sulla plastica, simulando specificamente i detriti di plastica nell'oceano e studiando i microbi che li distruggono. Gli studenti entrano a far parte del team di ricerca per aiutare a rispondere alle domande sui microbi e sul degrado della plastica.

Ogni due mesi per l'ultimo anno e mezzo, una nuova classe della National University ha visitato Scripps per controllare la plastica al largo del molo. Usando quei campioni, Bowman e altri scienziati insegnano loro la microbiologia marina e li educano sull'inquinamento da plastica. I campioni e i dati che gli studenti raccolgono in queste sessioni vengono quindi incorporati nei loro corsi per il termine.

Gli studenti laureati del Bowman Lab in seguito eseguono analisi più dettagliate dei campioni per costruire una libreria di sequenze geniche di batteri che si accumulano sulla plastica oceanica. Sperano di saperne di più sulla capacità della comunità microbica marina di degradare la plastica, e come questa comprensione potrebbe quindi essere applicata per degradare la plastica su scala industriale.

"Le plastiche oceaniche sono un'enorme sfida ambientale, ma rappresentano anche un'opportunità educativa unica, " ha detto Bowman. "Gli studenti universitari sentono parlare di plastica oceanica nelle notizie e possono vedere il problema quando visitano le spiagge locali. Siamo in grado di sfruttare questo per costruire una comprensione del ruolo dei microbi nel sistema marino, e come i microbi possono essere parte delle grandi soluzioni ambientali di questo secolo".

Nonostante l'ampiezza delle ricerche su questo argomento, gli scienziati sottolineano che abbiamo ancora molto da imparare sugli effetti delle microplastiche sull'ambiente, e in definitiva noi. Dati i titoli che affermano che presto ci sarà più plastica nell'oceano che pesce, è la ricerca che la comunità scientifica, e la società in generale, è desideroso di esplorare.

"Questo è solo l'inizio della nostra comprensione della 'biologia della plastica'. Loro sono ovunque, nell'aria che respiriamo, l'acqua che beviamo, il cibo che mangiamo, " disse Deheyn. "Allora, dobbiamo imparare a convivere con loro intorno a noi e dentro di noi. Però, mentre si lavora sulle questioni scientifiche fondamentali, la domanda chiave come società rimane mal affrontata:perché continuiamo a produrre materiali che non si degradano e che continuano ad accumularsi in un tale eccesso da soffocare i nostri ecosistemi?"