Como os invertebrados de solo lidam com a contaminação por microplásticos
Figura 1: Exemplos de invertebrados de solo de diferentes tamanhos. a) urso-d’água b) rotífero c) nematóide d) anelídeo oligoqueta e) colêmbolo f) ácaro g) aranha h) besouro i) tatu-bola j) minhoca k) centopeia l) piolho-de-cobra. As ilustrações não representam o tamanho real dos invertebrados de solo.
Figura 2: Exemplos de invertebrados de solo. Microinvertebrados (<0,1 mm) incluindo (A) urso-d’água e (B) nematóide; meso-invertebrados (entre 0,1–2 mm) includindo (C) anelídeo oligoqueta, (D–G) colêmbolo, e (H, I) ácaros; macro-invertebrados (>2 mm) includindo (J) tatu-bola, (K) besouro, (L) minhoca, (M) piolho-de-cobra, (N) centopeia, e (O) aranha. (Créditos das fotos: A, C–O: Frank Ashwood; B: Devdutt Kamath).
Figura 3: Exemplos de microplásticos. (A) Colêmbolo e partículas de formaldeído de ureia. (B) Colêmbolo e raspas de plástico de uma garrafa de refrigerante. (C) Microesferas de polipropileno. (D) Microfibras de polipropileno. (E, F) Adultos de nematóides com fragmentos de poliestireno. (G) Partículas formadas pela abrasão de pneus. (H) Close-up de uma esponja de poliuretano. (I) Polipropileno em pó. (Créditos das fotos: A, B: C. Reinhart & D. Daphi, C, I: Stefanie Maaß, D: Carlos Barreto, E, F: Shin Woong Kim, G: Eva Leifheit, H: Walter Waldman).
Box 1: Origem dos microplásticos no solo
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Carlos Barreto 1*†, Matthias C. Rillig 2,3†, Walter R. Waldman 4† and 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
3Berlin-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
Pequenos animais chamados invertebrados representam um grupo diverso de habitantes dos solos. Eles incluem as minhocas, tatus-bola, aranhas, colêmbolos, ácaros e também alguns insetos. Os invertebrados de solo se alimentam de plantas mortas, fungos e bactérias, e também de outros invertebrados. As inúmeras maneiras pelas quais os invertebrados de solo interagem entre si, e o alto número de espécies existentes, faz com que a vida no solo seja complexa e difícil de entender. Infelizmente, muitos invertebrados de solo têm lidado com a poluição dos solos há décadas, incluindo a contaminação por pequenas partículas de plásticos chamadas microplásticos. Mas seriam os microplásticos prejudiciais a esses organismos? Existe a possibilidade dos microplásticos serem transferidos quando os invertebrados se alimentam uns dos outros? Muitas questões sobre os microplásticos e os invertebrados de solo têm sido investigadas utilizando minhocas, mas alguns estudos utilizando outros invertebrados como os colêmbolos, ácaros e nematóides tambem existem. Neste artigo, nós apresentamos um resumo dos efeitos dos microplásticos nos invertebrados de solo.
QUEM SÃO OS SUPER-HERÓIS QUE VIVEM NO SOLOS, E QUAIS SÃO OS SEUS SUPER PODERES?
Muitos animais vivem no solo, mas… por que nos não conseguímos vê-los? Os pequenos animais que vivem no solo são chamados invertebrados de solo, e eles variam bastante de tamanho. Algumas espécies são menores do que o diâmetro de um fio de cabelo! Nós podemos classificar os invertebrados de solo em três grandes grupos baseados nos seus tamanhos [1]. Macro-invertebrados são invertebrados relativamente grandes, como as minhocas, tatus-bola, aranhas, piolhos-de-cobra, centopeias e alguns insetos como os besouros. Eles são maiores do que 2 mm e conseguem criar espaço no solo para viverem. Meso-inverterbrados têm um tamanho intermediário (0,1-2mm) e vivem em poros cheios de ar nos solos. Alguns exemplos includem os colembôlos [2], ácaros e alguns anelídeos oligoquetas. Micro-invertebrados são tão pequenos (<0,1mm) que nós não conseguímos vê-los sem o auxílio de um microscópio. Eles moram na água que está presente no solo. Exemplos incluem os nematóides, rotíferos e ursos-d’água.
Cada tipo de invertebrado de solo gosta de um tipo diferente de alimento [3]. No geral, alguns invertebrados de solo como as aranhas se alimentam de outros invertebrados. Outros, como os colêmbolos, se alimentam de micróbios como os fungos e as bactérias. Outros ainda, como as minhocas, se alimentam de plantas mortas. Essas relações de alimentação são parte de uma complexa rede trófica que é composta de muitas espécies (Figura 2) e muitas interações.
Cada invertebrado de solo tem a sua importância para o meio ambiente. Por exemplo, ursos-d’água conseguem colonizar novos ambientes e também servem de alimento para outros organismos. Nematóides ajudam na ciclagem de nutrients no solo, com a ajuda dos colêmbolos, ácaros, tatus-bola e minhocas. Tatus-bola, colêmbolos e alguns ácaros [4] ajudam na decomposição de folhas e outros seres vivos [5], e eles também ajudam a reter o carbono da atmosfera no solo. Minhocas ajudam na infiltração da água da chuva no solo. Alguns invertebrados de solo se alimentam de organismos que causam doenças em plantas, auxiliando-as na proteção de ataques de pestes. De maneiras diferentes, cada invertebrado ajuda a manter os solos saudáveis, o que é extremamente necessário para a produção de alimentos de qualidade.
A AMEAÇA DOS MICROPLÁSTICOS
Infelizmente, a casa de muitos invertebrados de solo tem sido invadida por poluentes como os microplásticos. Microplásticos são pequenas partículas (<5mm) que são criadas de diferentes maneiras (Figura 3; Box 1). Por exemplo, quando dirigimos carros nas ruas e estradas, os pneus se desgastam e liberam microplásticos, que podem ser dispersados pelo vento e acabar nos solos. Além disso, quando nós lavamos roupas, fibras de plásticos se soltam e acabam na água. Um único casaco de lã pode liberar até um milhão de fibras a cada lavada! Muitas dessas fibras de plástico acabam no esgoto, o que é um problema porque o esgoto tratado pode ser usado para fertilizar solos de plantações que produzem nossos alimentos. Os microplásticos também conseguem entrar no solo através do lixo plástico carregado pela chuva.
Os materiais plásticos frequentemente contêm aditivos para mudar suas propriedades físicas e químicas. Esses aditivos podem fazer os microplásticos ainda mais prejudiciais ao ambiente, especialmente quando os microplásticos começam a sofrer degradação. Partículas de plástico se tornam frágeis e quebradiças devido à luz solar, água e fricção com partículas de solo. Com o passar do tempo, os microplásticos se quebram em partículas ainda menores chamadas nanoplásticos. Durante a degradação, os aditivos são lixiviados dos microplásticos para o solo. As partículas podem também lixiviar para os tecidos dos organismos, se ingeridas. Infelizmente, nós ainda não temos muito conhecimento sobre os efeitos que a lixiviação dos aditivos dos plásticos podem ter no ambiente.
Então, é certo que as partículas de microplásticos afetam os solos, mas como elas afetam os invertebrados de solo? [6] Se nós olharmos para as minhocas como exemplo, com o seu constante apetite por folhas mortas e sua atividade cavadora, nós podemos imaginar que seja comum as minhocas ingerirem partículas de microplásticos e transportá-las para solos mais profundos. As minhocas transportam os microplásticos em sua pele, além de ingerirem essas partículas. O mesmo também já foi visto com colêmbolos. Mas o que isso significa? Por um lado, as partículas de microplásticos serão degradadas quando elas passarem pelo sistema digestório dos organismos. Mas por outro lado, uma vez que as partículas são transportadas para partes mais profundasdo solo, a degradação é reduzida devido a falta de luz solar e à menor atividade microbiana. Em outras palavras, quanto mais fundo essas partículas são transportadas no solo, mais tempo se levará para serem totalmente degradadas.
MICROPLÁSTICOS PODEM AFETAR A SAÚDE DOS ORGANISMOS DE SOLO
Os organismos de solo sentem mal estar quando eles ingerem microplásticos, e isso já foi visto em minhocas e colêmbolos. Depois de comer os microplásticos, minhocas sofreram diversos problemas de saúde, incluindo inflamação e danos no intestino [7]. Além disso, a ingestão de microplásticos fez com que o sistema imune das minhocas ficasse em estado de alerta durante mais tempo do que o normal. Colêmbolos que ingeriram microplásticos sofreram mudanças nas comunidades bacterianas benéficas que vivem no seu sistema digestivo [8]. Minhocas e colêmbolos cresceram mais devagar, tiveram menos filhotes e morreram mais frequentemente quando ingeriram microplásticos.
Muitos desses problemas também ocorrem em nematóides, mas também trazemos boas notícias: cientistas ainda não detectaram o acúmulo de microplásticos dentro dos organismos ao longo do tempo, o que pode significar que existe a chance deles não sofrerem muito no final das contas. No entanto, é provável que as partículas de microplásticos sejam transportadas ao longo da cadeia alimentar, de micróbios como fungos, para colêmbolos, para ácaros predadores; ou ainda de micróbios para minhocas, para galinhas [9] – e talvez até para os humanos! Nós ainda não temos muito conhecimento sobre como os microplásticos se movem ao longo da cadeia alimentar, mas a pesquisa desse tópico está avançando muito rapidamente. Apesar destas preocupações, cientistas ainda têm esperança! Pesquisadores descobriram que certas bactérias no intestinto de minhocas conseguem digerir microplásticos, o que acelera as taxas de degradação [10]. Isso significa que as bactérias podem ser úteis na destruição de microplásticos no solo. Será que outros invertebrados de solo tambem consegue fazer o mesmo? Nós simplesmente ainda não sabemos.
O QUE NÓS PODEMOS FAZER PARA PROTEGER OS INVERTEBRADOS DE SOLO?
Você deve estar se perguntando como os cientistas ainda não avançaram mais na pesquisa sobre os efeitos dos microplásticos no solo e nos organismos que vivem nele. Infelizmente esses estudos são bem complicados. Por exemplo, nós não temos um método confiável e efetivo de medir a quantidade de todos os tipos de microplásticos que possa ser usado em todos os tipos de solo. Além disso, muitos estudos consistem em experimentos curtos que são feitos em laboratório, ao invés de estudos longos e em condições naturais do solo no meio ambiente. A grande diversidade de plásticos e aditivos faz com que seja impossível estudá-los em condições reais. Experimentos de laboratório são informativos até certo ponto. Eles também são difíceis porque nem todos os organismos de solo sobreviveriam às condições de laboratório. Mas fiquem tranquilos: os cientistas estão fazendo tudo o que podem para resolver esses problemas. Enquanto isso, vamos listar as formas como você pode ajudar!
Nós devemos trabalhar para reduzir a quantidade de microplásticos de qualquer tipo e tamanho no ambiente. Na verdade você já deve saber como! Evite plásticos que são usados apenas uma vez, como copos descartáveis e canudos. Escolha seu copo ou caneca favorito de metal ou plástico resistente, um canudo de metal, e tenha sempre esses itens na sua lancheira! Também é importante reciclar o plástico sempre que possível: isso ajuda a reduzir a quantidade de plástico que acaba nas águas e nos solos. Evite produtos de beleza que contenham microplásticos em sua composição como alguns condicionadores de cabelo! Existem produtos alternativos que não contêm nenhum tipo de plástico, e alguns aplicativos de celular podem te ajudar a escolher os melhores produtos. Para reduzir o número de fibras de plástico liberadas para o ambiente, tente não jogar no lixo as suas roupas velhas só porque você não as quer mais! Ao invés disso, tente vendê-las, doá-las, or reusá-las de maneira criativa. Vamos unir forças para salvar os pequenos super-heróis de solo da poluição por microplásticos. Cada esforço é bem vindo, e a união faz a força!
GLOSSÁRIO
Invertebrados de solo
Pequenos animais habitantes do solo que não possuem ossos ou espinha dorsal.
Microplásticos
Pequenas partículas de plástico (menores do que 5 mm) que podem ser prejudiciais ao solo e aos organismos.
Aditivos
Materiais químicos que fazem plásticos mais coloridos, mais flexíveis e menos inflamáveis.
Lixiviação
Quando uma substância líquida é liberada da sua fonte sólida.
Degradação
A quebra ou a separação de algo em partes menores e mais simples.
REFERÊNCIAS
[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
AGRADECIMENTOS
We thank Frank Ashwood (Forestry Commission UK), Shin Woong Kim (Freie Universität Berlin), and Devdutt Kamath (University of Guelph) for kindly allowing us to use their soil invertebrate pictures. We thank C. Reinhart, D. Daphi, and Eva Leifheit (Freie Universität Berlin) for the pictures of plastics. We thank Anderson Abel de Souza Machado, Alice A. Horton, and Taylor Davis for their work on the book chapter on microplastics which was the starting point for this article. MR acknowledges funding from an ERC Advanced Grant (694368). This work was also partly funded by the German Federal Ministry of Education and Research BMBF within the Collaborative Project Bridging in Biodiversity Science-BIBS (phase 2, funding number 01LC1501B). We thank Helen Phillips, Rémy Beugnon, and Malte Jochum, the editors of the Soil Biodiversity collection, for such a great and important initiative. Last, but not least, we thank our young reviewers for their comments.
EDITED BY: Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research(iDiv), Germany
CITATION: 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
CONFLICT OF INTEREST: The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construedas a potential conflict of interest.
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.
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AUTORES
CARLOS BARRETO
At a very young age, Carlos realized that he liked animals, maybe too much. In school, science was always his favorite discipline, all the way through to high school. That is when he decided that he wanted to do something that involved science and animals. He tried to be a vet; it did not work out. No regrets. So, he became an ecologist a few years later, and since then, he has been working with little animals (mostly insects and mites) in tropical forests, iron ore and limestone caves, boreal forests, urban fields, and peatlands on three continents: South America, North America, and Europe. *cbarreto@uwo.ca; †orcid.org/0000-0003-2859-021X
MATTHIAS C. RILLIG
Matthias likes soil and all the critters in it, not just the animals. Actually, his favorite are the fungi. His favorite soil process is soil aggregation, the formation of the little crumbs of soil. Matthias is a professor at Freie Universität Berlin and gets to think about soil and what is going on in there all day. Currently he is very interested in how soils are being affected by a wide range of factors, including microplastics. †orcid.org/0000-0003-3541-7853
WALTER R. WALDMAN
Walter is a proud Brazilian chemist who loves music, chemistry, food, cinema, and polymers. His first experiment involved chewing gum and the hair of an ex-friend. The experiment did not end well for all the participants, but the adhesive power of polyisoprene was confirmed, and a polymer scientist was born that day. Now he tries to understand the role of polymer degradation on the impact of microplastics. When he has some free time, you can find him reading something about chemistry and polymers. And eating... †orcid.org/0000-0002-7280-2243
STEFANIE MAAß
Stefanie wanted to become a make-up artist or costume designer but due to lack of art skills, she moved on to something completely different: biology. When she was introduced to tropical insects and mites of tree bark during her studies, she became fascinated by their beauty and diversity. She then worked on soil insects and mites and has become a passionate and curious soil ecologist who wants to understand the feeding relationships, reactions to pollutants (like microplastics), and distribution patterns of her beloved soil creatures. †orcid.org/0000-0003-4154-1383
TRADUTOR
CARLOS BARETTO
(Autores)
