Come gli invertebrati del suolo affrontano la contaminazione da microplastiche
Figura 1 : Esempi di invertebrati del suolo di diverse dimensioni. (A) orsetto d’acqua, (B) rotifero, (C) verme nematode, (D) verme bianco, (E) collembolo, (F) acaro, (G) ragno, (H) coleottero, (I) porcellino di terra, (J) lombrico, (K) centopiedi, e (L) millepiedi. Le illustrazioni non rappresentano la reale dimensione degli invertebrati del suolo.
Figura 2 : Esempi di invertebrati del suolo. I microinvertebrati (< 0,1 mm) includono: (A) orsetti d’acqua e (B) vermi nematodi; i mesoinvertebrati (tra 0,1 e 2 mm) includono (C) vermi bianchi, (D-G) collemboli, e (H, I) acari; i macroinvertebrati (> 2 mm) includono (J) porcellini di terra, (K) coleotteri, (L) lombrichi, (M) millepiedi, (N) centopiedi, e (O) ragni (diritti d’autore delle foto: A,C-O: Frank Ashwood; B: Devdutt Kamath).
Figura 3 : Esempi di microplastiche. (A) Collembolo e particelle di urea-formaldeide. (B) Collembolo e plastica raschiata da una bottiglia. (C) Microsfere di polipropilene. (D) Microfibre di polipropilene. (E,F) Vermi nematodi adulti con frammenti di polistirene. (G) Particelle formate dall'abrasione di pneumatici. (H) Primo piano di una spugna in poliuretano. (I) Polvere di polipropilene (diritti d’autore delle foto: A,B: C. Reinhart e D. Daphi, C,I: Stefanie Maaß, D: Carlos Barreto, E,F: Shin Woong Kim, G: Eva Leifheit, H: Walter Waldman).
Riquadro 1 | Fonti di microplastiche nei suoli.
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Carlos Barreto 1*†, Matthias C. Rillig 2,3†, Walter R. Waldman 4† e Stefanie Maaß 3,5†
1 Department of Biology, Biotron Experimental Climate Change Research Centre, Western University, London, ON, Canada
2 Plant Ecology, Institute of Biology, Freie Universität Berlin, Berlin, Germany
3 Berlin-Brandenburg Institute of Advanced Biodiversity Research (BBIB), Berlin, Germany
4 Center of Science and Technology for Sustainability, Federal University of São Carlos, Sorocaba, Brazil
5 Plant Ecology and Nature Conservation, Institute of Biochemistry and Biology, Universität Potsdam, Potsdam, Germany
I piccoli animali che vivono nel terreno, chiamati invertebrati del suolo, rappresentano un gruppo molto diversificato di abitanti del suolo. Questi includono lombrichi, onischi (conosciuti come porcellini di terra), ragni, collemboli, acari e alcuni insetti. Che si nutrono di piante morte, funghi e batteri o di altri invertebrati del suolo. I tanti modi con cui gli invertebrati del suolo interagiscono tra loro e il grande numero di specie diverse rendono la vita nei suoli difficile da studiare. Sfortunatamente, da diversi anni questi animali si trovano a convivere con l’inquinamento del suolo, inclusa la contaminazione causata da piccole particelle di plastica, note come microplastiche. Ma le microplastiche sono davvero dannose per questi organismi? Possono essere trasferite tra gli invertebrati del suolo quando un organismo si ciba di un altro? Per rispondere alla maggior parte delle domande riguardanti le microplastiche e gli invertebrati del suolo sono stati studiati i lombrichi, ma esistono anche studi su altre specie, come collemboli, acari e vermi nematodi. In quest’articolo, riassumiamo gli effetti delle microplastiche sugli invertebrati del suolo.
CHI SONO I SUPEREROI NASCOSTI NEL SUOLO E QUALI SONO I LORO COMPITI?
Molti animali vivono nei suoli, ma… perché non possiamo vederli tutti? I minuscoli animali che vivono nel terreno sono chiamati invertebrati del suolo e le loro dimensioni sono molto variabili. Alcune specie sono addirittura più piccole del diametro di un capello umano! Possiamo classificare gli invertebrati del suolo in tre gruppi principali in base alle loro dimensioni [1] (Figura 1). I macroinvertebrati sono grandi invertebrati come lombrichi, porcellini di terra, ragni, millepiedi, centopiedi e alcuni insetti come i coleotteri. Sono più grandi di 2 mm e possono creare i propri spazi per abitare nei suoli. I mesoinvertebrati hanno una dimensione intermedia (0,1 – 2 mm) e vivono negli spazi dei pori pieni di aria nel suolo. Ne sono un esempio collemboli [2], acari e vermi bianchi. I microinvertebrati hanno dimensioni < 0,1 mm e sono, così piccoli da non poter essere visti senza l’aiuto di un microscopio. Questi vivono nell’acqua che è presente attorno alle particelle di suolo. Alcuni esempi sono rappresentati da vermi nematodi, rotiferi e tardigradi (conosciuti come orsetti d’acqua).
Ogni gruppo di invertebrati del suolo ama cibi diversi [3]. In generale, alcuni come i ragni, si cibano di altri invertebrati del suolo. Altri, come i collemboli, si nutrono di microbi come funghi e batteri; e altri ancora, come i lombrichi, si nutrono di piante morte. Queste relazioni alimentari sono parte di una complessa rete alimentare composta da molte specie (Figura 2) e molte interazioni.
Tutti gli invertebrati del suolo sono importanti per l’ambiente. Ad esempio, gli orsetti d’acqua possono colonizzare nuovi ambienti e servire da cibo per altri organismi. I vermi nematodi possono aiutare a far circolare i nutrienti attraverso il suolo, con l’aiuto di collemboli, acari, porcellini di terra e lombrichi. I porcellini di terra, i collemboli e alcuni acari [4] aiutano a decomporre foglie e altro materiale, prima vivente [5] e aiutano anche a intrappolare carbonio nel suolo dall’atmosfera. I lombrichi facilitano l’infiltrazione di acqua piovana all’interno del terreno. Alcuni invertebrati del suolo possono cibarsi degli organismi che provocano malattie nelle piante, proteggendole da questi parassiti. Ognuna a modo suo, queste creature aiutano a mantenere il suolo in salute, cosa necessaria anche per assicurare la qualità del nostro cibo.
LA MINACCIA DELLE MICROPLASTICHE
Sfortunatamente, le case di molti invertebrati del suolo sono state invase da inquinanti come le microplastiche. Le microplastiche sono piccole particelle (< 5 mm) create in molti modi (Figura 3; Riquadro 1). Ad esempio, quando le auto vengono guidate su strada, i loro pneumatici si consumano e perdono microplastiche che possono essere raccolte dal vento e finire nei suoli. Inoltre, quando facciamo il bucato, le fibre di plastica vengono rilasciate dai vestiti nell’acqua. Un solo cappotto di pile può rilasciare fino a un milione di fibre ad ogni ciclo di lavaggio! Molte di queste fibre di plastica finiscono nelle acque di scarico, diventando un problema perché le acque reflue trattate possono essere usate per fertilizzare i terreni coltivati in cui crescono le piante. Le microplastiche possono anche raggiungere il suolo attraverso i rifiuti di plastica e l’acqua piovana.
Le microplastiche hanno un’ampia varietà di proprietà chimiche e fisiche. I materiali di plastica contengono spesso additivi. Questi additivi possono rendere le microplastiche ancora più pericolose per l'ambiente, soprattutto quando le particelle di microplastica iniziano a degradarsi. Le particelle di plastica si possono infatti frammentare sempre di più a causa della luce solare, dell'acqua e delle particelle di terreno circostanti che si sfregano su di esse. Nel tempo, le particelle di microplastica si frammentano in particelle ancora più piccole, chiamate nanoplastiche. Durante questa degradazione, gli additivi iniziano lentamente ad essere lisciviati dalle microplastiche nel terreno. Se vengono ingerite, le particelle di plastica possono anche entrare nei tessuti degli organismi. Purtroppo, non sappiamo ancora molto sugli effetti che la lisciviazione degli additivi dalle materie plastiche può avere sull'ambiente.
Le particelle di microplastica possono chiaramente avere un effetto sul suolo, ma quale effetto hanno sugli invertebrati del suolo? [6] Se osserviamo i lombrichi, con il loro costante consumo di foglie morte e le loro intense attività di scavo, possiamo facilmente immaginare che ingeriscano regolarmente particelle di microplastica e le trasportino in profondità nel terreno. I lombrichi possono trasportare queste particelle non solo ingerendole, ma anche sulla pelle. Lo stesso è stato dimostrato per i collemboli. Che cosa significa questo? Da un lato, attraversando l’intestino degli organismi che abitano il suolo, le particelle di microplastica continuano a degradarsi; dall’altro, una volta che le particelle vengono trasportate più in profondità nel suolo, la loro degradazione rallenta a causa dell'assenza della luce solare e della ridotta attività microbica. In altre parole, più le particelle si spostano all’interno del suolo, più tempo impiegano a degradarsi completamente.
LE MICROPLASTICHE POSSONO AVERE UN EFFETTO SULLA SALUTE DEGLI ORGANISMI DEL SUOLO
Gli organismi del suolo si sentono male quando mangiano le microplastiche; questo è stato segnalato per lombrichi e collemboli. Dopo aver mangiato particelle di microplastica, i lombrichi mostravano diversi problemi di salute, tra cui infiammazione e danni all’intestino [7]. In aggiunta, l’ingestione di microplastiche faceva sì che il sistema immunitario dei lombrichi fosse più in allerta del normale. I collemboli che avevano ingerito microplastiche subivano cambiamenti a livello dei batteri che normalmente vivono all’interno del loro tratto digerente [8]. Dopo aver ingerito microplastiche, sia i lombrichi sia i collemboli crescevano più lentamente, avevano meno piccoli e morivano più spesso.
Tutto questo sembra essere una cattiva notizia per i vermi nematodi, ma eccone una buona: gli scienziati non hanno osservato un accumulo di particelle di microplastica negli organismi con il passare del tempo; ciò significa che, dopotutto, essi potrebbero anche non subire troppi danni. Tuttavia, è probabile che le particelle di microplastica possano essere trasferite lungo la rete alimentare terrestre, da microbi quali funghi, ai collemboli, ai loro predatori acari; o dai microbi ai lombrichi, e poi ai polli [9] – e forse anche agli umani! Non sappiamo ancora molto su come le microplastiche si muovano all’interno della rete alimentare terrestre, ma la ricerca sta progredendo velocemente su questo argomento. Al di là di queste preoccupazioni, gli scienziati hanno trovato uno spiraglio di luce! Un gruppo di ricerca ha riportato che alcuni batteri presenti nell’intestino dei lombrichi possono digerire, con elevati tassi di degradazione, le microplastiche ingerite [10]. Ciò significa che i batteri potrebbero essere in grado di accelerare la distruzione delle microplastiche nei suoli. Esistono altri invertebrati del suolo che possano fare lo stesso? Semplicemente non lo sappiamo ancora.
COSA POSSIAMO FARE PER PROTEGGERE GLI INVERTEBRATI DEL SUOLO?
Potreste chiedervi perché gli scienziati non abbiano fatto più progressi nel rispondere a domande importanti sugli effetti delle microplastiche sui suoli e sugli organismi che ci abitano. Sfortunatamente, per questi studi si devono affrontare numerose difficoltà. Ad esempio, non abbiamo ancora un metodo attendibile per misurare la quantità di tutti i tipi di microplastiche in tutti i tipi di suolo. Inoltre, molti studi consistono in esperimenti di breve durata svolti in laboratorio, anziché studi a lungo termine condotti in campo nel suolo. L’enorme diversità di tipi di plastica e additivi rende impossibile testare tutto in condizioni realistiche ambientali. Gli esperimenti di laboratorio risultano informativi solo entro un certo grado e sono anche difficili perché non tutti gli organismi del suolo sopravvivono in un ambiente di laboratorio. Ma state tranquilli: gli scienziati stanno facendo il possibile per risolvere questi problemi. Nel frattempo, ci sono modi in cui voi potete aiutare!
Noi tutti dovremmo cercare di dare il meglio per ridurre al minimo il rilascio futuro di plastiche di ogni tipo e dimensione nell’ambiente. Potreste già conoscere alcuni dei modi più importanti! Evitate di usare prodotti di plastica usa e getta quali bicchieri e cannucce in plastica. Scegliete i vostri bicchieri in plastica riutilizzabile o metallo e una cannuccia di metallo e teneteli a portata di mano nel vostro portapranzo! È anche importante mettere i rifiuti di plastica nel corretto bidone per il riciclo: questo può aiutare a ridurre la quantità di plastica che finisce in acqua e nei suoli. In aggiunta, evitate prodotti di bellezza che contengano microplastiche tra gli ingredienti, come alcuni balsami! Esistono prodotti alternativi che non hanno microplastiche e alcune app sul vostro smartphone possono aiutarvi a scegliere quelli migliori per voi. Per ridurre il numero di microfibre di plastica rilasciate in ambiente, cercate di evitare di buttare via i vestiti vecchi solo perché non li volete più! Invece, cercate di venderli, donarli o riutilizzarli in una maniera creativa. Uniamo le forze e salviamo i nostri minuscoli supereroi del suolo da un ulteriore inquinamento da microplastiche. Ne vale la pena!
GLOSSARIO
INVERTEBRATI DEL SUOLO
Piccoli animali abitanti del suolo privi di colonna vertebrale o strutture ossee
MICROPLASTICHE
Piccole particelle di plastica (< 5 mm) che possono essere dannose per la vita acquatica e del suolo.
LISCIVIAZIONE
Quando una sostanza liquida viene rilasciata dalla sua fonte solida.
DEGRADAZIONE
La frammentazione o separazione di qualcosa in parti più semplici o piccole
ADDITIVI
Sostanze chimiche che rendono la plastica più colorata, flessibile o meno infiammabile.
RINGRAZIAMENTI
Ringraziamo Frank Ashwood (Commissione forestale, Regno Unito), Shin Woong Kim (Università Libera di Berlino), e Devdutt Kamath (Università di Guelph) per averci gentilmente permesso di usare le loro immagini degli invertebrati del suolo. Ringraziamo C. Reinhart, D. Daphi ed Eva Leifheit (Università Libera di Berlino) per le immagini delle plastiche. Ringraziamo Anderson Abel de Souza Machado, Alice A. Horton, e Taylor Davis per il loro contributo al capitolo del libro sulle microplastiche che è stato il punto di partenza di questo articolo. MR ha ottenuto il finanziamento tramite un ERC Advanced Grant (694368). Questo lavoro è anche parzialmente finanziato dal Ministero federale per l'istruzione e la ricerca BMBF all’interno del Progetto collaborativo Bridging in Biodiversity Science-BIBS (fase 2, codice progetto 01LC1501B). Ringraziamo Helen Phillips, Rémy Beugnon e Malte Jochum, gli editori della raccolta Biodiversità del suolo, per la bellissima iniziativa. Da ultimo, ma non meno importante, ringraziamo i giovani revisori per i loro commenti.
BIBLIOGRAFIA
[1] Coleman, D. C., Callaham, M. A., and Crossley, D. A. Jr. 2018. Fundamentals of Soil Ecology, 3rd Edn. London: Academic Press. p. 376.2.
[2] Potapov, A. 2020. Springtails — worldwide jumpers. Front. Young Minds8:545370. doi: 10.3389/frym.2020.5453703.
[3] Erktan, A., Pollierer, M., and Scheu, S. 2020. Soil ecologists as detectivesdiscovering who eats whom or what in the soil. Front. Young Minds8:544803. doi: 10.3389/frym.2020.5448034.
[4] Barreto, C., and Lindo, Z. 2020. Armored mites, beetle mites, or moss mites: thefantastic world of oribatida. Front. Young Minds8:545263. doi: 10.3389/frym.2020.5452635.
[5] Barreto, C., and Lindo, Z. 2020. Decomposition in peatlands: who are theplayers and what affects them? Front. Young Minds8:107. doi: 10.3389/frym.2020.001076.
[6] de Souza Machado, A. A., Horton, A., Davis, T., and Maaß, S. 2020. Microplastics and their effects on soil function as a life-supporting system. In: The Handbookof Environmental Chemistry, eds D. He and Y. Luo. Cham: Springer. p. 1–24.7.
[7] Rodriguez-Seijo, A., Lourenço, J., Rocha-Santos, T. A. P., da Costa, J., Duarte, A.C., Vala, H., et al. 2017. Histopathological and molecular effects of microplastics in Eisenia andrei Bouché. Environ. Pollut.220:495–503. doi: 10.1016/j.envpol.2016.09.0928.
[8] Zhu, D., Qing-Lin, C., Ana, X., Yanga, X., Christiec, P., Ked, X., et al. 2018. Exposure of soil collembolans to microplastics perturbs their gut microbiota and alters their isotopic composition. Soil Biol. Biochem.116:302–10. doi: 10.1016/j.soilbio.2017.10.0279.
[9] Huerta Lwanga, E., Mendoza Vega, J., Quej, V.K., de los Angeles Chi, J., Sanchezdel Cid, L., Chi, C., et al. 2017. Field evidence for transfer of plastic debris alonga terrestrial food chain. Sci. Rep. 7:14071. doi: 10.1038/s41598-017-14588-210.
[10] Huerta Lwanga, E., Thapa, B., Yang, X., Gertsen, H., Salánki, T., Geissen, V., et al.2018. Decay of low-density polyethylene by bacteria extracted fromearthworm’s guts: a potential for soil restoration. Sci. Total Environ.624:753–7. doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.12.144
EDITO DA: Rémy Beugnon, Centro tedesco per la ricerca integrativa sulla biodiversità (iDiv), Germania
CITAZIONE: Barreto C, Rillig M, Waldman W and Maaß S (2021) How Soil Invertebrates Deal With Microplastic Contamination. Front. Young Minds. 9:625228. doi: 10.3389/frym.2021.625228
CONFLITTO DI INTERESSI: Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di qualsiasi relazione commerciale o finanziaria che possa essere interpretata come potenziale conflitto di interessi.
COPYRIGHT © 2021 Barreto, Rillig, Waldman and Maaß. This is an open-accessarticle distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License(CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, providedthe original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the originalpublication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice.No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with theseterms.
GIOVANI REVISORI
ASTÈRE, ANNI: 8
Ho 8 anni. Mi piace leggere, fare lavoretti fai da te, disegnare, colorare, arte, matematica, scrittura e storia. I miei libri preferiti sono Harry Potter e Percy Jackson.
JUNIE, ANNI: 10
Ho molti passatempi ma quelli che faccio più spesso sono cucinare, leggere, disegnare e cucire. Vado a scuola in una grande città del Regno Unito e ho 10 anni. I miei libri preferiti sono Percy Jackson, I libri di Judy Blume, Scarlet & Ivy e La figlia del Nord.
AUTORI
CARLOS BARRETO
In età molto giovane, Carlos realizzò che gli piacevano gli animali, forse anche troppo. A scuola, Scienze è sempre stata la sua materia preferita e così anche per tutta la durata delle superiori, quando decise di voler fare qualcosa che coinvolgesse la scienza e gli animali. Tentò di diventare veterinario ma non ci riuscì. Nessun rimpianto. Così, qualche anno dopo divenne un ecologo e, da allora, Carlos ha lavorato con piccoli animali (per lo più insetti e acari) nelle foreste tropicali, nelle grotte calcaree e di minerali di ferro, nelle foreste boreali, nei campi urbani e nelle torbiere di tre continenti: Sud America, Nord America e Europa. *cbarreto@uwo.ca; †orcid.org/0000-0003-2859-021X
MATTHIAS C. RILLIG
A Matthias piacciono il suolo e tutte le bestioline al suo interno, non solo gli animali. A dire il vero, i suoi preferiti sono i funghi. Il processo del suolo che preferisce è l’aggregazione del suolo, cioè la formazione delle piccole particelle di suolo. Matthias è un professore all’Università Libera di Berlino e riesce a pensare al suolo e a cosa stia accadendo al suo interno tutto il giorno. Al momento Matthias è molto interessato a comprendere come i suoli siano influenzati da una grande varietà di fattori, incluse le microplastiche. †orcid.org/0000-0003-3541-7853
WALTER R. WALDMAN
Walter è un orgoglioso chimico brasiliano che ama la musica, la chimica, il cibo, il cinema e i polimeri. Il suo primo esperimento coinvolse della gomma da masticare e i capelli di un suo ex-amico. L’esperimento non finì bene per tutti i partecipanti, ma il potere adesivo del poliisoprene fu confermato e quel giorno nacque uno scienziato dei polimeri. Oggi Walter cerca di comprendere il ruolo della degradazione polimerica sull’impatto delle microplastiche. Quando ha un po’ di tempo libero, lo puoi trovare a leggere qualcosa sulla chimica e sui polimeri. E a mangiare… †orcid.org/0000-0002-7280-2243
STEFANIE MAAß
Stefanie voleva diventare una truccatrice o una costumista, ma a causa della mancanza di abilità artistiche, è passata a qualcosa di completamente diverso: la Biologia. Nel momento in cui si avvicinò, con i suoi studi, agli insetti tropicali e agli acari sulle cortecce degli alberi, rimase affascinata dalla loro bellezza e diversità. Ha poi lavorato su insetti e acari ed è diventata un’ecologa del suolo appassionata e curiosa che vuole capire le relazioni alimentari, le reazioni agli inquinanti (come le microplastiche) e i modelli di distribuzione delle sue amate creature del suolo. †orcid.org/0000-0003-4154-1383
TRADUTTORE
ELISA BERGAMI
Department of Life Sciences, University of Modena and Reggio Emilia, Modena, Italy
