鄱陽湖ではワムシが毎日133兆個のプラスチック粒子を生成している

鄱陽湖のワムシが毎日生成するナノプラスチック粒子の総数：1 の後にゼロが 16 個続く。

私たちの生活の中でプラスチック製品の使用がますます広まるにつれて、環境中のプラスチック粒子の量も増加しています。北極から南極まで、土壌から川まで、地面から雲まで、そして私たちが毎日呼吸する空気の中にも、それらはあらゆるところに存在します。

ワムシ (画像クレジット: Juan Carlos Fonseca Mata、CC BY-SA 4.0、ウィキメディア コモンズ経由)

肉眼では見えないこれらのプラスチックは、1ミクロンから5mmの大きさのマイクロプラスチックと、1ミクロン未満のナノプラスチックの2つのカテゴリーに分けられます。ナノプラスチックが人体のさまざまな臓器や器官の機能に損傷を与える可能性があることを示す研究が増えています。

マイクロプラスチックとナノプラスチックはプラスチック製品の劣化によって発生します。リサイクルされなかったプラスチック廃棄物は、川や海に流れ込み、世界中に運ばれる可能性があります。数十年または数百年後には、機械的作用や光化学作用などにより、この長鎖ポリマー材料は小さな破片に分解されます。同時に、生物学的影響もこの過程を加速します。

2018年の研究では、ナンキョクオキアミ（Euphausia superba）がマイクロプラスチックを摂取し、大顎（オキアミの咀嚼器官）を使ってそれをナノプラスチックに粉砕できることが示されました。

南極のオキアミ（写真提供：イェール大学ピーボディ博物館、CC0、ウィキメディア・コモンズ経由）

マサチューセッツ大学の邢宝山教授は長年にわたりマイクロプラスチックの研究に取り組んできた。この論文を読んで、彼は、遠く離れた極地に生息する生物であるナンキョクオキアミがマイクロプラスチックを「分解」できるのなら、私たちの日常生活の中にも、同様の効果を生み出し、環境中のナノプラスチック含有量に影響を与える生物が広く存在するのではないか、と気づいたのです。そこで彼は中国海洋大学の趙建教授と協力してこの問題の研究を始めました。

彼らはワムシを研究対象として選びました。これは世界中の表層水に広く分布する一般的な動物プランクトンであり、そのほとんどは体長が 0.5 mm を超えません。わが国最大の淡水湖である鄱陽湖を例にとると、湖水1リットルあたり900匹以上のワムシが生息しています。そして、南極のオキアミのように、摂取した藻類を機械的に細かく砕く独特の咀嚼器官を持っています。

研究者らは、それぞれ海と淡水に生息する2種のワムシ、Brachionus plicatilisとB. calyciflorusを調査した。研究者らは、ワムシが日常の食物とほぼ同じ大きさの10マイクロメートル未満のプラスチックを大量に摂取できることを発見した。 20ミクロンの大きさのプラスチックを食べることもありますが、それより大きいものは食べられません。

ワムシが摂取したマイクロプラスチック（緑色の粒）と粉砕によって生成されたナノプラスチック（緑色の点）。画像出典: オリジナル論文

研究者らは顕微鏡下で、ワムシがマイクロプラスチックを食べた後、消化管にさまざまな大きさのプラスチック粒子が多数出現し、その中でナノスケールのプラスチック粒子の数がミクロンスケールの粒子の数をはるかに上回っていることを観察した。ワムシにもともと与えられた滑らかで球状のマイクロプラスチックは、消化されると、まるで噛まれたかのように表面がざらざらした状態になった。

ワムシの咀嚼器官にある歯のような構造が、粉砕することでマイクロプラスチックの表面からこれらのプラスチック片を少しずつ「取り除く」ことがわかります。最終的に、破片化したマイクロプラスチックはワムシから排出され、水中に戻ります。

プランクトンは世界に影響を与える

私たちが「プラスチック」と呼んでいるものは、実際には高分子ポリマーの一種を指す一般的な用語です。私たちの日常生活で最も一般的なものは、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）です。これらは構成単位が異なり、硬度、引張強度、光反応性、生体反応性が異なります。

さまざまなプラスチックの種類と特性。画像出典: オリジナル論文

この研究で研究者らは、ワムシが硬度の低いPEプラスチックを摂取して分解できるだけでなく、硬度の高いPSプラスチックからナノプラスチック粒子を効果的に摩耗させることもできることを発見した。これは、ワムシによるさまざまな種類のマイクロプラスチックの「消化」が普遍的であることを示しています。

さらに重要なことに、研究者らは山東省青島の樹源ダム、白沙河、大沽河、膠州湾からさまざまな種類のワムシのサンプルも収集した。その結果、すべての採取地点でワムシから3～30ミクロンの大きさのマイクロプラスチックが検出されました。自然環境においても、研究者がマイクロプラスチックに「餌を与える」ことなく、この現象が広く見られることがわかります。

したがって、ワムシは世界中のマイクロプラスチックとナノプラスチックの分布において重要な役割を果たしている可能性があり、実際にそうなっています。研究者らは、世界中で、特に東アジアとヨーロッパでは、マイクロプラスチックがより多く存在する地域はワムシが最も多く生息する地域でもあることを発見し、両者の間には地理的な重複がかなりあることを明らかにした。

ワムシ（左）とマイクロプラスチック（右）の世界的な分布。画像出典: オリジナル論文

実際の状況はどれほどひどいのでしょうか?

この影響について人々により具体的に理解してもらうために、研究者たちは鄱陽湖をケーススタディとして用いた。鄱陽湖の面積は約3,690平方キロメートルです。文献によれば、平均して、鄱陽湖の水1リットルあたり、直径50〜500ミクロンのマイクロプラスチックが約20.2個含まれている。

この研究のデータによると、すべてのワムシが5メートル以下の深さの湖水に生息していると仮定すると、ワムシをマイクロプラスチックを含む水に4時間入れると、マイクロプラスチック粒子1個につき平均131個のナノプラスチック粒子が生成されることになる。そして、一日の終わりには、鄱陽湖全体のワムシは合計133兆個（1.33×10^16）のナノプラスチック粒子を生成することができます。

ただし、これはあくまで計算であり、実際の数字はさらに高い可能性があります。一方、実験条件の制限により、研究者は直径が0.6ミクロンを超えるナノプラスチックしか検出できません。したがって、マイクロプラスチックが摩耗したときにワムシによってどれだけの小さなナノプラスチックが生成されるかについてはわかっていません。しかし、実際に生成されるナノプラスチック粒子の数は、実験的に測定されたデータよりもはるかに多いことは明らかです。

ワムシは「消化された」マイクロプラスチックを体外に排出します。画像出典: オリジナル論文

第二に、文献では鄱陽湖では50～500ミクロンのサイズ範囲のマイクロプラスチックしか報告されていないが、ワムシは主にそれより小さなサイズのマイクロプラスチックを摂取している。鄱陽湖における直径50マイクロメートル未満のマイクロプラスチックの濃度はまだわかっていないが、研究者らは、その濃度はより大きなマイクロプラスチックの量よりもはるかに高いはずだと推定している。そのため、ワムシの生息環境におけるマイクロプラスチック粒子の実際の数も、推定に使用された値よりも高くなります。

第三に、実験条件は自然条件とは異なります。実験中、研究者らは1リットルの水に930万個のマイクロプラスチック粒子を投入したが、ワムシは2万匹しかいなかった。一方、文献によると、鄱陽湖の水1リットルあたりのマイクロプラスチック含有量は平均20.2ですが、ワムシの数は909でした。そのため、鄱陽湖のワムシは湖水中のマイクロプラスチックをより完全に摂取して消化することができ、マイクロプラスチック1個あたり131個以上のナノプラスチックを生成することになります。

さらに、研究者らは「新鮮な」マイクロプラスチックと、模擬太陽光に12時間短時間さらされたマイクロプラスチックのみを検査した。しかし、自然界のマイクロプラスチックは、長年にわたって風や太陽にさらされることが多く、形状や化学的性質などが変化し、より脆くなる可能性があります。

実験により、光老化したマイクロプラスチックを摂取したワムシは、未処理のマイクロプラスチックを摂取した場合よりも多くのプラスチック片を生成することが示されています。しかし、ほとんどのワムシは光を透過する水域に生息しており、マイクロプラスチックを摂取する日光の当たる時間は実験条件下よりもはるかに長いため、その結果はより恐ろしいものになるはずだ。

最後に、鄱陽湖はほんの一例です。実際、地球上の多くの表層水におけるマイクロプラスチックやワムシの含有量は、鄱陽湖のそれよりもはるかに高いのです。例えば、文献によれば、黄河には水1リットルあたり約500個のマイクロプラスチックが存在し、インドのアディヤル川の河口には水1リットルあたり約10,133匹のワムシが存在するとされています。したがって、私たちはこの地球規模のナノプラスチック「疫病」において生物が果たす役割を過小評価していた可能性がある。

参考リンク

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-018-03465-9

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb0354

企画・制作

出典: Global Science (id: huanqiukexue)

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編集者：王夢如