Hoe ongewervelde bodemdieren omgaan met vervuiling door microplastics

Open PDF in new window.

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 Center, Western University, London, ON, Kanada2 *Ökologie der Pflanzen, Institut für Biologie, Freie Universität Berlin, Berlin, Deutschland 3 *

Berlin-Brandenburg Institute of Advanced Biodiversity Research (BBIB); Berlin, Germany

4Center of Science and Technology for Sustainability, Federal University of São Carlos, Sorocaba, Brasilien

5Vegetationsökologie und Naturschutz, Institut für Biochemie und Biologie, Universität Potsdam, Potsdam, Deutschland

Kleine dieren die in de bodem leven, zogenaamde ongewervelde bodemdieren, vormen een zeer diverse groep bodembewoners. Tot deze groep behoren regenwormen, pissebedden, spinnen, springstaarten, mijten en sommige insecten. Ongewervelde bodemdieren eten dode planten, schimmels en bacteriën, of andere ongewervelde bodemdieren. De vele manieren waarop ongewervelde bodemdieren met elkaar omgaan en het grote aantal verschillende soorten maken het leven in de bodem ingewikkeld en moeilijk te begrijpen. Helaas hebben ongewervelde bodemdieren al tientallen jaren te maken met bodemverontreiniging, waaronder verontreiniging met kleine plasticdeeltjes, microplastics genaamd. Maar zijn microplastics schadelijk voor deze organismen? Kunnen microplastics worden doorgegeven tussen ongewervelde bodemdieren wanneer de ene de andere eet? De meeste vragen over microplastics en ongewervelde bodemdieren zijn onderzocht met behulp van regenwormen, maar er zijn ook enkele studies naar andere soorten, zoals springstaarten, mijten en nematoden. In dit artikel vatten we de effecten van microplastics op ongewervelde bodemdieren samen.

WIE ZIJN DE GEHEIME SUPERHELDEN IN DE BODEM EN WAT IS HUN TAAK?

Er leven veel dieren in de bodem, maar… waarom kunnen we ze niet allemaal zien? De kleine dieren die in de bodem leven, worden ongewervelde bodemdieren genoemd en variëren sterk in grootte. Sommige soorten zijn zelfs kleiner dan de diameter van een menselijke haar! We kunnen ongewervelde bodemdieren op basis van hun grootte in drie hoofdgroepen indelen [1] (figuur 1). Macro-ongewervelden zijn grote ongewervelde dieren zoals regenwormen, pissebedden, spinnen, duizendpoten, miljoenpoten en sommige insecten zoals kevers. Ze zijn groter dan 2 mm en kunnen hun eigen leefruimte in de bodem maken. Meso-ongewervelden dieren hebben een gemiddelde grootte (0,1-2 mm) en leven in met lucht gevulde poriën in de bodem. Voorbeelden hiervan zijn springstaarten [2], mijten en potwormen. Micro-ongewervelden zijn kleiner dan 0,1 mm, zo klein dat we ze zonder microscoop niet kunnen zien. Ze leven in het water dat zich rond bodemdeeltjes bevindt. Voorbeelden hiervan zijn nematoden, raderdiertjes en beerdiertjes.

Elke groep ongewervelde bodemdieren heeft een voorkeur voor ander voedsel [3]. Over het algemeen voeden sommige ongewervelde bodemdieren, zoals spinnen, zich met andere ongewervelde bodemdieren. Andere, zoals springstaarten, voeden zich met microben zoals schimmels en bacteriën, en weer andere, zoals regenwormen, voeden zich met dode planten. Deze voedselrelaties maken deel uit van een complex voedselweb dat bestaat uit vele soorten (figuur 2) en vele interacties.

Alle ongewervelde bodemdieren zijn belangrijk voor het milieu. Waterbeertjes kunnen bijvoorbeeld nieuwe omgevingen koloniseren en dienen als voedsel voor andere organismen. Nematoden kunnen helpen bij de kringloop van voedingsstoffen in de bodem, met de hulp van springstaarten, mijten, pissebedden en regenwormen. Pissebedden, springstaarten en sommige mijten [4] helpen bij de afbraak van bladeren en ander voormalig levend materiaal in de bodem [5], en ze helpen ook bij het vastleggen van koolstof uit de atmosfeer in de bodem. Regenwormen helpen regenwater in de bodem te laten dringen. Sommige ongewervelde bodemdieren voeden zich met organismen die plantenziekten veroorzaken, waardoor ze planten tegen deze plagen beschermen. Elk op hun eigen manier helpen deze dieren de bodem gezond te houden, wat noodzakelijk is om de kwaliteit van ons voedsel te behouden.

DE BEDREIGING VAN MICROPLASTICS

Helaas zijn de leefgebieden van veel ongewervelde bodemdieren aangetast door verontreinigende stoffen zoals microplastics. Microplastics zijn kleine deeltjes (<5 mm) die op verschillende manieren ontstaan (Figuur 3; Box 1). Wanneer auto’s bijvoorbeeld over wegen rijden, slijten hun banden en komen er microplastics vrij, die door de wind kunnen worden meegevoerd en in de bodem terechtkomen. Ook wanneer we de was doen, komen er plasticvezels uit de kleding in het water terecht. Eén fleecejas kan per wasbeurt wel een miljoen vezels afgeven! Veel van deze plasticvezels komen in het riool terecht, wat een probleem is omdat gezuiverd rioolwater kan worden gebruikt om de grond te bemesten waarin voedselgewassen worden geteeld. Microplastics kunnen bovendien via plastic afval en regenwater in de bodem terechtkomen.

Microplastics hebben een enorme variatie aan chemische en fysische eigenschappen. Plastic materialen bevatten vaak toevoegingen, ook wel additieven genoemd. Deze additieven kunnen microplastics nog schadelijker maken voor het milieu, vooral wanneer de microplasticdeeltjes beginnen af te breken. Plasticdeeltjes worden steeds brozer door zonlicht, water en de omringende bodemdeeltjes die ertegenaan schuren. Na verloop van tijd vallen microplasticdeeltjes uiteen in nog kleinere deeltjes, nanoplastics genaamd. Tijdens de afbraak komen de additieven langzaam uit de microplastics vrij en spoelen ze in de bodem uit. De deeltjes kunnen ook in de weefsels van organismen terechtkomen als ze worden gegeten. Helaas weten we nog steeds niet veel over de effecten die het uitspoelen van additieven uit plastic materiaal op het milieu kan hebben.

Microplastic deeltjes kunnen dus duidelijk invloed hebben op de bodem, maar hoe beïnvloeden ze ongewervelde bodemdieren? [6] Als we kijken naar regenwormen, met hun constante eetlust voor dode bladeren en hun intensieve graafactiviteiten, kunnen we ons gemakkelijk voorstellen dat ze regelmatig microplastic deeltjes binnenkrijgen en deze diep in de bodem transporteren. Niet alleen door te eten, maar ook via hun huid kunnen ze deze deeltjes transporteren. Hetzelfde is aangetoond voor springstaarten. Wat betekent dit? Enerzijds zullen de microplasticdeeltjes meer worden afgebroken terwijl ze door de darmen van bodemorganismen gaan. Maar anderzijds vertraagt de afbraak zodra de deeltjes dieper in de bodem worden getransporteerd, vanwege de afwezigheid van zonlicht en verminderde microbiële activiteit. Met andere woorden, hoe dieper de deeltjes in de bodem terechtkomen, hoe langer het duurt voordat ze volledig zijn afgebroken.

MICROPLASTICS KUNNEN DE GEZONDHEID VAN BODEMORGANISMEN VERSTOREN

Bodemorganismen worden ziek wanneer ze microplastics eten, zo is gebleken bij regenwormen en springstaarten. Na het eten van microplasticdeeltjes kregen regenwormen te maken met verschillende gezondheidsproblemen, waaronder ontstekingen en schade aan de darmen [7]. Bovendien zorgde de inname van microplastics ervoor dat het immuunsysteem van de regenwormen alerter was dan normaal. Springstaarten die microplastics hadden ingenomen, vertoonden veranderingen in de nuttige bacteriën in hun spijsverteringsstelsel [8]. Zowel regenwormen als springstaarten groeiden langzamer, kregen minder nakomelingen en stierven sneller nadat ze microplastics hadden ingenomen.

Dit klinkt als slecht nieuws voor nematoden, maar hier is het goede nieuws: wetenschappers hebben geen ophoping van microplasticdeeltjes in organismen waargenomen in de loop van de tijd, wat betekent dat ze uiteindelijk misschien toch niet zoveel schade ondervinden. Het is echter waarschijnlijk dat microplasticdeeltjes via het voedselweb in de bodem worden doorgegeven, van microben zoals schimmels naar springstaarten, naar roofmijten; of van microben naar regenwormen en vervolgens naar kippen [9] – en misschien ook naar mensen! We weten nog niet veel over hoe microplastics zich door het voedselweb in de bodem verplaatsen, maar het onderzoek op dat gebied vordert snel. Maar wetenschappers hebben een sprankje hoop gevonden! Een onderzoeksgroep meldde dat bepaalde bacteriën in de darmen van regenwormen opgenomen microplastics kunnen verteren, wat leidt tot hoge afbraaksnelheden [10]. Dit betekent dat de bacterieën mogelijk de afbraak van microplastics in de bodem kunnen versnellen. Kunnen andere ongewervelde bodemdieren hetzelfde doen? Dat weten we op dit moment nog niet.

WAT KUNNEN WE DOEN OM ONGEWERVELDE BODEMDIEREN TE BESCHERMEN?

Je vraagt je misschien af waarom wetenschappers nog niet meer vooruitgang hebben geboekt bij het beantwoorden van belangrijke vragen over de effecten van microplastics op de bodem en de organismen die daar leven. Helaas stuiten deze studies op tal van moeilijkheden. Zo hebben we nog geen betrouwbare methode om de hoeveelheid van alle soorten microplastics in alle soorten bodem te meten. Bovendien bestaan veel studies uit kortdurende experimenten die in het laboratorium worden uitgevoerd, in plaats van langdurige studies die buiten in de bodem worden uitgevoerd. Door de enorme diversiteit aan soorten plastic en additieven is het onmogelijk om alles onder reële omstandigheden te testen. Laboratoriumexperimenten zijn slechts tot op zekere hoogte informatief. Laboratoriumexperimenten zijn ook lastig omdat niet alle bodemorganismen in het laboratorium kunnen overleven. Maar wees gerust: wetenschappers doen hun best om deze problemen op te lossen. In de tussentijd zijn er manieren waarop jij kunt helpen!

We moeten allemaal ons best doen om de hoeveelheid plastic van welke soort en grootte dan ook die in het milieu terechtkomt tot een minimum te beperken. Misschien ken je al enkele van de belangrijkste manieren! Vermijd plastic wegwerpartikelen zoals plastic bekers of rietjes. Kies je favoriete metalen of herbruikbare plastic beker en een metalen rietje, en stop ze in je lunchtas! Het is ook belangrijk om plastic afval in de juiste recyclingcontainer te doen: dit kan helpen om de hoeveelheid plastic die in het water en de bodem terechtkomt te verminderen. Vermijd bovendien schoonheidsproducten die microplastics in hun ingrediënten hebben, zoals sommige conditioners en tandpastas! Er zijn alternatieve producten die vrij zijn van microplastics, en sommige smartphone-apps kunnen je helpen bij het kiezen van de beste producten voor jou. Om het aantal plasticvezels dat in het milieu terechtkomt te verminderen, kun je proberen oude kleding niet weg te gooien, alleen omdat je ze niet meer wilt! Probeer ze in plaats daarvan te verkopen, weg te geven of op een creatieve manier te hergebruiken. Laten we onze krachten bundelen en onze kleine bodemhelden redden van verdere microplasticvervuiling. Het is elke moeite waard!

WOORDENLIJST

Onwervelde bodemdieren

Kleine, in de bodem levende dieren zonder ruggengraat of botten.

Microplastic

Kleine plasticdeeltjes (<5 mm) die schadelijk kunnen zijn voor de bodem en het leven in het water.

Afbraak

Het uiteenvallen of scheiden van iets in eenvoudigere/kleinere delen.

Additieven

Chemische stoffen die plastic kleurrijker, flexibeler of minder brandbaar maken.

Uitspoelen

Wanneer een vloeibare stof vrijkomt uit zijn vaste bron.

DANKWOORD

Wij danken Frank Ashwood (Forestry Commission UK), Shin Woong Kim (Freie Universität Berlin) en Devdutt Kamath (University of Guelph) voor het vriendelijk ter beschikking stellen van hun foto’s van bodemongewervelden. Wij danken C. Reinhart, D. Daphi en Eva Leifheit (Freie Universität Berlin) voor de foto’s van plastic. We bedanken Anderson Abel de Souza Machado, Alice A. Horton en Taylor Davis voor hun werk aan het hoofdstuk over microplastics in het boek, dat het uitgangspunt vormde voor dit artikel. MR erkent de financiering door een ERC Advanced Grant (694368). Dit werk werd ook gedeeltelijk gefinancierd door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek BMBF in het kader van het samenwerkingsproject Bridging in Biodiversity Science-BIBS (fase 2, financieringsnummer 01LC1501B). We bedanken Helen Phillips, Rémy Beugnon en Malte Jochum, de redacteuren van de Soil Biodiversity-collectie, voor dit geweldige en belangrijke initiatief. Last but not least bedanken we onze jonge recensenten voor hun opmerkingen.

BRONNEN

BEWERKT DOOR: Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research(iDiv), Germany

WETENSCHAPPELIJKE****MENTOR: Tom Vercauteren

CITATIE: 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

VERKLARING****BELANGENVERSTRENGLING: De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële belang wat kan worden opgevat als een potentiele belangenverstrengeling.

**AUTEURSRECHT **© 2021 Barreto, Rillig, Waldman and Maaß. Dit is een openbaar toegankelijk artikel dat wordt verspreid onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution License (CC BY). Het gebruik, de verspreiding of reproductie in andere fora is toegestaan, mits de oorspronkelijke auteur(s) en de auteursrechthebbende(n) worden vermeld en de oorspronkelijke publicatie in dit tijdschrift wordt geciteerd, in overeenstemming met de gangbare academische praktijk. Gebruik, verspreiding of reproductie die niet aan deze voorwaarden voldoet, is niet toegestaan.

JONGE RECENSENTEN

ASTÈRE, 8 JAAR

Ik hou van lezen, knutselen, tekenen, kleuren, kunst, wiskunde, schrijven en geschiedenis. Mijn favoriete boeken zijn Harry Potter en Percy Jackson.

JUNIE, 10 JAAR

Ik heb veel hobby’s, maar degene die ik het meest doe zijn koken, lezen, tekenen en naaien. Ik ga naar een basisschool in een grote stad in het Verenigd Koninkrijk en ik ben 10 jaar oud. Mijn favoriete boeken zijn Percy Jackson, boeken van Judy Blume, Scarlet and Ivy en North child.

AUTEURS

CARLOS BARRETO

Al op zeer jonge leeftijd besefte Carlos dat hij van dieren hield, misschien wel te veel. Op school was natuurkunde altijd zijn favoriete vak, tot en met de middelbare school. Toen besloot hij dat hij iets wilde doen dat met wetenschap en dieren te maken had. Hij probeerde dierenarts te worden, maar dat lukte niet. Geen spijt. Dus werd hij een paar jaar later ecoloog en sindsdien werkt hij met kleine dieren (voornamelijk insecten en mijten) in tropische bossen, ijzererts- en kalksteengrotten, boreale bossen, stedelijke velden en veengebieden op drie continenten: Zuid-Amerika, Noord-Amerika en Europa. *cbarreto@uwo.ca; †orcid.org/0000-0003-2859-021X

MATTHIAS C. RILLIG

Matthias houdt van bodem en alle organismen die erin leven, niet alleen de dieren. Zijn favoriet zijn eigenlijk de schimmels. Zijn favoriete bodemproces is bodemaggregatie, de vorming van kleine bodemkorrels. Matthias is professor aan de Freie Universität Berlin en denkt de hele dag na over bodem en wat daarin gebeurt. Momenteel is hij erg geïnteresseerd in hoe bodems worden beïnvloed door een breed scala aan factoren, waaronder microplastics. †orcid.org/0000-0003-3541-7853

WALTER R. WALDMAN

Walter is een trotse Braziliaanse chemicus die houdt van muziek, scheikunde, eten, film en polymeren. Zijn eerste experiment betrof kauwgom en het haar van een ex-vriend. Het experiment liep niet goed af voor alle deelnemers, maar de kleefkracht van polyisopreen werd bevestigd en die dag werd een polymeerwetenschapper geboren. Nu probeert hij de rol van polymeerafbraak op de invloed van microplastics te begrijpen. Als hij wat vrije tijd heeft, kun je hem vinden terwijl hij iets leest overscheikunde en polymeren. En eten… †orcid.org/0000-0002-7280-2243

STEFANIE MAASS

Stefanie wilde visagiste of kostuumontwerpster worden, maar vanwege een gebrek aan artistiek talent koos ze voor iets heel anders: biologie. Toen ze tijdens haar studie kennismaakte met tropische insecten en mijten op boomschors, raakte ze gefascineerd door hun pracht en diversiteit. Daarna ging ze zich bezighouden met bodeminsecten en mijten en is ze een gedreven en nieuwsgierige bodemecologe geworden die de voedingsrelaties, reacties op verontreinigende stoffen (zoals microplastics) en verspreidingspatronen van haar geliefde bodemdiertjes wil begrijpen. †orcid.org/0000-0003-4154-1383

VERTALER

LIESBETH VAN DEN BRINK

Liesbeth is ecoloog en doet onderzoek naar interacties tussen bodem, planten, dieren en klimaatverandering. Ze werkt als PostDoc bij het Botanische Instituut, University of Natural Resources and Life Sciences, Wenen.

JONGE RECENSENT (VERTALING)

ELI TOTARO, 13 JAAR

Ik woon in Rome en ik hou van volleybal, basketbal en tekenen of schilderen. Ik kan gitaar spelen en mijn favoriete boken zijn Wings of fire, Percy Jackson en De grijze jager.

SIMON BRUIJNIS, 8 JAAR

FINANCIERING (VERTALING)

Het team Translating Soil Biodiversity bedankt het Duitse Centrum voor Integratief Biodiversiteitsonderzoek (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, gefinancierd door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG FZT 118, 202548816), voor hun steun.

Figures

Figure Figuur 1 : Voorbeelden van ongewervelde bodemdieren van verschillende grootte. (A) waterbeer, (B) wieldiertje, (C) nematode, (D) potworm, (E) springstaart, (F) mijt, (G) spin, (H) kever, (I) pissebed, (J) regenworm, (K) duizendpoot en (L) miljoenpoot. De afbeeldingen geven niet de werkelijke grootte van deongewervelde bodemdieren weer.

Figuur 2 : Voorbeelden van ongewervelde bodemdieren. Figuur 2 : Voorbeelden van ongewervelde bodemdieren. Micro-ongewervelden (<0,1 mm) zijn onder andere (A) beerdiertjes en (B) nematoden; meso-ongewervelden (tussen 0,1 en 2 mm) zijn onder andere (C) potwormen, (D–G) springstaarten en (H,I) mijten; macro-ongewervelden (>2 mm) zijn onder andere (J) pissebedden, (K) kevers, (L) regenwormen, (M) duizendpoten, (N) miljoenpoten en (O) spinnen (fotocredits: A,C–O: Frank Ashwood; B: Devdutt Kamath).

Figure Figuur 3 : Voorbeelden van microplastics. (A) Springstaart en ureumformaldehyde-deeltjes. (B) Springstaart en plastic afgeschraapt van een frisdrankfles. (C)Polypropyleen microkorrels. (D) Polypropyleen microvezels. (E,F) Volwassen nematoden met fragmenten van polystyreen. (G) Deeltjes gevormd door bandenslijtage. (H) Close-up van een polyurethaanspons. (I) Poederachtig polypropyleen (fotocredits: A,B: C. Reinhart en D. Daphi, C,I: Stefanie Maaß, D: Carlos Barreto, E,F: Shin Woong Kim, G: Eva Leifheit, H: Walter Waldman).

Box 1: Bronnen van microplastics in de bodem.