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農業生態系におけるマイクロプラスチック:土壌生物相と主要な土壌機能への影響のレビュー②

バイオプラ
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    コチラの論文「Microplastics in agroecosystems: A review of effects on soilbiota and key soil functions」では、土壌環境における MP(マイクロプラスチック) の発生源、移動、ライフサイクルの検討を要約したもので、本ページでは特にミミズへの影響について掘り下げていきます。

    MP(マイクロプラスチック)の無脊椎動物への影響


    さまざまな陸生生物のMP(マイクロプラスチック)および NP(ナノプラスチック)の摂取は、成長、生殖、健康、組織損傷にさまざまな影響を与えることが示されています。

    小さな粒子(<1 mm)は摂取されやすくなり、ミミズ、小型げっ歯類、哺乳類などの生物に影響を与え、腸閉塞を引き起こす場合があります (Huerta Lwanga et al., 2016, 2017)。

    それらは土壌深部まで移動して食物連鎖に入り、内分泌レベルでの混乱を引き起こす可能性があります(Rodriguez-seijoet al., 2017; D. Zhu, Chen et al., 2018)。

    Selonenらによる実験室研究では、さまざまなサイズと濃度でのポリエステル繊維の効果がテストされました。 (2020年)。

    生物によるMPの取り込みは、食物連鎖に入るリスクをもたらし、無脊椎動物とその捕食動物にとって長期的な脅威になる可能性があります (Selonen et al., 2020; B. K. Zhu, Fang et al., 2018)

    MP(マイクロプラスチック)のミミズへの影響

    ミミズは土壌生物学において最もよく研究されている生物です。
    一般に、ほとんどの研究には 3 つの共通点があります。


    (1) ミミズは摂取と排便によって MPを積極的に移動させますが、さらなるMPの断片化や腸組織の損傷が起こる可能性があります。

    (2) 摂取はミミズのサイズに依存します。

    (3)ミミズに対する影響は、MPの特性と環境に大きく依存します(Cao et al., 2017; Lahive et al., 2019; Rodriguez-seijoet al., 2017)。

    Huerta Lwangaら(2016、2017)の研究では、ミミズ種L.terrestrisに対するMPの影響について様々な影響が示唆されています。

    L.terrestrisは MPを地表からより深い土壌層に積極的かつ選択的に移動させること確認されました。

    ミミズの口の直径(約 3 mm)が小さいため、より大きな粒子は摂取することができません(Rodriguez-seijo et al.,2017)。

    そのため、小さな粒子は土壌の深部で見つかり、50 μm 以下の粒子は土壌表面および鋳型と比較して巣穴で 65% 増加しました。

    メソコスム実験(自然に近い環境を人工的に作り出した場で行う実験)では、MP濃度が 28% 以上の場合、60 日間の曝露でミミズ (L. terrestris) の死亡率が 8 ~ 25% 増加し、同腹子の MPs 濃度が 28、45、および 60% で成長率が大幅に低下しました。 (Huerta Lwangaet al.、2017)。

    同様の結果がCao et al (2017)によってE.fetidaで報告されており、サイズが58μmのPS-MPs濃度が1%と2%で成長が阻害され死亡率が増加した。

    また、ミミズE.crypti-cusはナイロン粒子を摂取することが報告されており、用量依存的に生殖に大きな影響を与え、より小さいサイズと高濃度のMPがより大きな影響を与えました(Lahive et al., 2019)。

    毒物学的研究では、さまざまなミミズ種における腸障害と酸化ストレスシステムの変化が報告されています。

    増加する濃度のポリエチレンMPに曝露された E. アンドレイの組織病理学的分析では、腸上皮の萎縮または剥離が報告されました。

    また、PS 粒子に 14 日間曝露された E. fetida は、PS の顕著な生体蓄積を示しました。

    L. terrestris に対する PS マイクロファイバーの効果を研究した Prendergast-Miller et al (2019) の結果も、ミミズに対する毒性影響を裏付けています。

    代謝経路は多数あり、ストレス反応には異なる分子機構が含まれる可能性があるため、結果の多様性はこれらの測定の複雑さを浮き彫りにしています。

    Sanchez-Hernandez et al(2020) は、MP がミミズに及ぼす影響 (およびその逆) をよりよく理解するには、今後の研究が必要であるとも述べています。

    NP(ナノプラスチック)のミミズへの影響

    さらに、NP は MP よりもさらに重大な影響を生体に与える可能性があります。

    Van der Ploeg et al (2011, 2013) による研究では、フラーレン C60 ナノ粒子が卵の生産、幼体の成長速度、およびルベルス菌の死亡率に影響を及ぼし、組織病理および遺伝子発現の変化に対して致死未満の影響を与えることが判明しました。

    Kwak と An による最近の実験室研究 (2021) では、土壌種 (ミミズとトビムシ) に対するメルトブローンフェイスマスクフィルター (MB フィルター) の影響が調査されました。

    1000 mg kg-1drysoil の高濃度での MB フィルターの結果は、ミミズの雄の生殖組織における精子形成の生息、トビバナの成長減少、およびミミズの体腔細胞における細胞内エステラーゼ活性の低下を示しました (Kwak and An, 2021)。

    全体として、MP がミミズに及ぼす影響は、死亡率の増加から成長と生殖の低下、腸管リネンの損傷、そしておそらく DNA の損傷まで多岐にわたります。

    重要なのは、ミミズは MP 粒子をより深い土壌地層に輸送し、土壌全体に分散させ、それによって他の生物がそれらを生物学的に利用できるようにすることです。

    ミミズは農業土壌にとって基本的な存在であり、このグループへの被害は作物の生育に影響を与える可能性があります (Brown et al., 2004; Forey et al., 2011)。

    まとめ

    マイクロプラスチックおよびナノプラスチックの摂取は、無脊椎動物の成長、生殖、フィットネス、組織損傷にさまざまな影響を与えることが示されています。

    特に小さな粒子は摂取されやすく、ミミズや小型げっ歯類、哺乳類などに腸閉塞を引き起こす可能性があります。

    MPは土壌深部まで移動し、食物連鎖に入ることで内部組織の損傷や内分泌レベルの混乱を引き起こす可能性もあります。

    ミミズはMPを輸送する役割を果たしていますが、摂取による断片化や腸組織の損傷のリスクがあります。

    また、MPの特性や環境によってミミズの適応力への影響は異なります。ミミズによるMPの輸送は地表から深い土壌層に起こり、それによって地表や巣穴の特性が変化します。

    一定の濃度以上のMPに曝露されると、ミミズの死亡率が増加し、成長率が低下することが報告されています。

    さらに、ミミズは酸化ストレスや腸内マイクロバイオームの変化など、毒物学的な影響も受けます。

    これらの研究結果から、私たちはマイクロプラスチックの環境への放出を減らし、特に小さな粒子のリスクを考慮した対策を取る必要があることがわかります。

    マイクロプラスチックの問題に対処するための対策は以下のようなものが考えられます:

    これらの対策は総合的なアプローチを必要とし、政府、企業、個人の協力が求められます。マイクロプラスチックの問題を解決するためには、持続可能な社会の実現と環境保護への取り組みが不可欠です。

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