Volando en algún lugar del planeta hay un avión equipado con grado de investigación, Cinta de doble cara en el exterior de su casco. Cada vez que el piloto aterriza en el avión, quita la cinta, lo sella en un paquete, y lo reemplaza por uno nuevo antes de que vuelva a despegar. Luego envía el paquete a Scripps Institution of Oceanography en UC San Diego, cuidado de Dimitri Deheyn, Investigador asociado.

Mirando la cinta bajo un microscopio, Deheyn ve lo que busca:microfibras, pegado a los adhesivos.

Las microfibras son un subconjunto de microplásticos, pequeños trozos de materiales a base de petróleo que se descomponen a partir de trozos de plástico más grandes o se fabrican en sus tamaños microscópicos:menos de 5 milímetros de ancho. Las hebras de fibra, unas cinco veces más delgadas que un cabello humano, se utilizan en la fabricación de textiles; se desprenden de nuestra ropa durante el uso, durante el lavado y el secado, fluyendo hacia las vías fluviales y flotando en el aire.

Deheyn está trabajando con Robert DeLaurentis (también conocido como Zen Pilot) en un estudio que analiza la distribución y concentración global de microfibras. Dice que la mejor ciencia a veces implica la tecnología más simple:en este caso, cinta de dos lados. Por cada parte de su vuelo de 30 tramos desde el Polo Norte al Polo Sur, DeLaurentis tendrá una muestra para Deheyn.

"Puede que no nos dé números absolutos, pero al menos nos dará una buena pista sobre los tipos de partículas que se encuentran en la atmósfera, ", dijo Deheyn." Y será la primera vez que se recopilen muestras como esta en todo el mundo ".

Estas muestras se sumarán a la investigación actual de Deheyn, que ha descubierto microfibras en el Ártico, en el Amazonas, en las partes más remotas y profundas del mar. Prácticamente en todas partes donde ha probado o ha recibido muestras.

"Después de encontrar microfibras en muestras de agua de todo el mundo, estaba claro que una ruta principal de contaminación tenía que ser a través de la atmósfera, ", dijo Deheyn." Pero como biólogo marino acostumbrado a recolectar muestras bajo el agua, Claramente, no tenía idea de cómo tomar muestras de aire a gran altura en todo el mundo ".

El final de una guerra el comienzo de una era

Ph.D. reciente de Scripps la graduada Jenni Brandon extrae una muestra del núcleo del lecho marino de las colecciones geológicas de Scripps. Se tomó de la costa del sur de California en la cuenca de Santa Bárbara. Su contenido representa una parte de la historia geológica, sedimentos que se remontan a 200 años.

Brandon utilizó este y otros núcleos en un estudio reciente en el que descubrió que la cantidad de plásticos que se acumulan en el medio ambiente se ha disparado desde el final de la Segunda Guerra Mundial. El fuerte aumento exponencial coincide con un aumento en la tasa de producción de plástico en todo el mundo y un aumento en la población costera de California durante el mismo período de tiempo. El equipo de investigación señaló que desde la década de 1940 la cantidad de plásticos microscópicos se ha duplicado aproximadamente cada 15 años.

"La producción de plástico se está copiando casi a la perfección en nuestro registro sedimentario. Nuestro amor por el plástico en realidad se está quedando atrás en nuestro registro fósil, "dijo Brandon.

El auge de los plásticos a partir de 1945, cuando el mundo se recuperó de la guerra, podría servir como un indicador de un período de tiempo dentro del Antropoceno que los científicos han denominado "la Gran Aceleración". Los científicos definen el Antropoceno como la edad geológica actual, durante el cual la actividad humana ha sido la influencia dominante en el planeta.

Antes de la "Gran Aceleración, "Los científicos habían estimado que entre 4,8 y 12,7 millones de toneladas métricas de desechos plásticos ingresan al océano cada año. Debido a que la cantidad de desechos plásticos tiende a coincidir con la población, Brandon y los coautores anticipan que las áreas cercanas a la costa podrían soportar una parte desproporcionada de esa infusión de plástico a medida que el crecimiento de la población costera continúa acelerándose.

El estudio de Brandon es el primero de su tipo en el sentido de que examinó la acumulación de plástico a lo largo del tiempo en un lugar que brindó a los investigadores la oportunidad de resolver la tendencia con gran detalle. y se encuentra entre varios que ilustran cuán generalizada es la contaminación plástica en los océanos del mundo.

Acertando los números

Señalar el comienzo de nuestro asalto plástico al medio ambiente no fue lo único que abrió los ojos para Brandon. En un estudio separado, Brandon encontró que gelatinoso, los invertebrados marinos que se alimentan por filtración llamados salpas están ingiriendo mini-microplásticos; estos pedazos de partículas ultra-diminutas de contaminación habían pasado previamente bajo el radar de los científicos.

Si bien no es de extrañar que estos organismos estén comiendo plástico, Brandon se sorprendió por el gran volumen de microplásticos que antes se pasaba por alto:alrededor de un millón de veces más de lo que se pensaba.

Analizar muestras de agua de mar, Bandon encontró algunos de los microplásticos contables más pequeños en el agua de mar superficial en concentraciones mucho más altas que las medidas anteriormente. Su método reveló que la forma tradicional de contar los microplásticos marinos probablemente carecía de las partículas más pequeñas.

De media, Brandon estima que el océano está contaminado por 8,3 millones de piezas de mini-microplásticos por metro cúbico de agua. Estudios anteriores que midieron piezas de plástico más grandes encontraron solo 10 piezas por metro cúbico.

Brandon se asoció con la coautora Linsey Sala, gerente de colecciones de la Colección de Invertebrados Pelágicos Scripps, una de las colecciones de zooplancton marino más importantes del mundo que data de 1903. Brandon diseccionó salpas recolectadas durante varios años de expediciones marítimas y redes de monitoreo a largo plazo en el Pacífico Norte.

De las 100 salpas que Brandon encuestó a partir de muestras de agua recolectadas en 2009, 2013, 2014, 2015 y 2017, El 100 por ciento tenía mini-microplásticos en sus entrañas. Los resultados sorprendieron a Brandon.

"Definitivamente pensé que algunos de ellos estarían limpios porque tienen un tiempo de limpieza intestinal relativamente rápido, "Brandon dijo, teniendo en cuenta que el tiempo que tarda una salpa en consumir y defecar los alimentos es de dos a siete horas. Como alimentadores de filtro, las salpas casi siempre se comen.

Los plásticos en el estómago de las salpas podrían subir por la cadena alimentaria hasta las criaturas que se alimentan de ellos. incluyendo tortugas marinas y peces de roca y cangrejos reales capturados comercialmente. Finalmente, estos mini-microplásticos podrían estar llegando a los humanos.

"Nadie come salpas, pero no está muy lejos en la cadena alimentaria de las cosas que come, "Dijo Brandon.

El MEJOR camino a seguir

Atado con una cuerda y sumergido bajo el agua en el muelle de Scripps, las muestras de plástico se están degradando lentamente. Los dos experimentos pertenecen a laboratorios diferentes, pero son parte de los esfuerzos para comprender el mismo proceso:cómo se degradan los plásticos.

A un lado del muelle Deheyn y la investigadora postdoctoral Sarah-Jeanne Royer están monitoreando microfibras a base de petróleo y de celulosa (fibra de madera).

Royer comprueba de forma rutinaria el estado de estas fibras. Investigador postdoctoral en el laboratorio de Deheyn, ella está trabajando con la industria para encontrar nuevas opciones sostenibles para las fibras. Esta investigación se establece a través de la Iniciativa BEST, una plataforma fundada por Deheyn que facilita la interacción entre la industria y la academia para brindar un espacio de colaboración.

La clave de este estudio fue adquirir fibras de materia prima creadas a partir de métodos de procesamiento químico populares que, en última instancia, podrían afectar la biodegradabilidad de la fibra. que se ha implementado con éxito con productores de fibra como el Grupo Lenzing con sede en Austria. Los investigadores esperan abordar dos preguntas fundamentales:qué materiales vírgenes se degradan en el medio marino, y qué proceso en la cadena de suministro altera la degradación de los textiles.

Deheyn no planeó inicialmente estudiar los microplásticos; de hecho, se especializa en biofluorescencia. Pero notó materiales extraños brillando en sus muestras. En primer lugar, pensó que eran solo arañazos en la lente, pero llegó a descubrir que en realidad eran microfibras.

La observación de Deheyn de los contaminantes fluorescentes condujo a nuevas oportunidades. Él y los investigadores de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego han estado usando fluorescencia para desarrollar nueva tecnología para detectar microplásticos filtrados de muestras de agua.

La técnica, desarrollado por la estudiante graduada de ingeniería Jessica Sandoval, se llama Identificador Automatizado de Microplásticos (AMI). El protocolo tiene como objetivo reemplazar el conteo manual a ojo con procesos de automatización que identifican las fibras. Los investigadores primero toman imágenes de los filtros bajo iluminación ultravioleta, para que el plástico tenga fluorescencia. Sandoval desarrolló un software para cuantificar la cantidad de plástico en cada filtro y también para generar información de las características de los plásticos mediante el reconocimiento de imágenes.

"Es un primer paso emocionante, el uso de tecnologías de automatización para ayudar con el monitoreo de este contaminante marino prevalente, "dijo Sandoval, quien comenzó a desarrollar esta tecnología como estudiante de pregrado en UC San Diego. "Con estas tecnologías, podemos procesar más fácilmente muestras de todo el mundo y generar una mejor comprensión de la distribución de microplásticos ".

Deheyn está utilizando esta tecnología para analizar muestras de agua que se han extraído del muelle de Scripps desde la década de 1970. Estas muestras se analizan para determinar la concentración de microfibras con el fin de determinar cómo las cantidades de esta contaminación han cambiado con el tiempo. Esta investigación también mostrará qué tipos de fibras son las menos biodegradables, y en qué período de los últimos 50 años esta contaminación plástica en particular se hizo notoria.

Al otro lado del muelle, Los plásticos posconsumo, como las botellas de agua y los vasos de yogur, están acumulando microbios marinos. Estos organismos ayudan a descomponer los plásticos, y el oceanógrafo biológico de Scripps, Jeff Bowman, es parte de un grupo que trabaja para comprender cómo, y qué microbios son los más importantes.

Bowman está trabajando con la Universidad Nacional de San Diego en el proyecto CUREing Microbes on Ocean Plastics, un programa que utiliza Experiencias de investigación de pregrado basadas en cursos (CURE) para centrar el aprendizaje de los estudiantes en torno a problemas del mundo real. Financiado por la National Science Foundation, el programa se centra en los plásticos, simulando específicamente desechos plásticos en el océano y estudiando los microbios que los descomponen. Los estudiantes se convierten en parte del equipo de investigación para ayudar a responder las preguntas sobre los microbios y la degradación del plástico.

Cada dos meses durante el último año y medio, una nueva clase de la Universidad Nacional visitó Scripps para revisar los plásticos del muelle. Usando esas muestras, Bowman y otros científicos les enseñan sobre microbiología marina y los educan sobre la contaminación plástica. Las muestras y los datos que los estudiantes recopilan en estas sesiones se incorporan a su trabajo de curso para el trimestre.

Los estudiantes de posgrado en el Bowman Lab luego realizan análisis más detallados de las muestras para construir una biblioteca de secuencias de genes de bacterias que se acumulan en los plásticos del océano. Esperan aprender más sobre la capacidad de la comunidad microbiana marina para degradar los plásticos. y cómo se podría aplicar este conocimiento para degradar los plásticos a escala industrial.

"Los plásticos oceánicos son un gran desafío medioambiental, pero también presentan una oportunidad educativa única, ", dijo Bowman." Los estudiantes de pregrado escuchan sobre los plásticos oceánicos en las noticias y pueden ver el problema cuando visitan las playas locales. Podemos aprovechar esto para desarrollar una comprensión del papel de los microbios en el sistema marino, y cómo los microbios pueden ser parte de las grandes soluciones ambientales de este siglo ".

A pesar de la amplitud de la investigación sobre este tema, Los científicos destacan que todavía tenemos mucho que aprender sobre los efectos de los microplásticos en el medio ambiente, y finalmente nosotros. Dados los titulares que afirman que pronto habrá más plástico en el océano que peces, es la investigación que la comunidad científica, y la sociedad en general, está ansioso por explorar.

“Este es solo el comienzo de nuestra comprensión sobre la 'biología de los plásticos'. Están en todos lados, en el aire que respiramos, el agua que bebemos, la comida que comemos, "dijo Deheyn." Entonces, tenemos que aprender a vivir con ellos a nuestro alrededor y dentro de nosotros. Sin embargo, mientras se trabaja en las cuestiones científicas fundamentales, La pregunta clave como sociedad sigue siendo mal abordada:¿por qué seguimos fabricando materiales que no se degradan y que se siguen acumulando en exceso que ahogan nuestros ecosistemas? ”.