Nanoplastics veroorzaken stress bij bomen en belemmeren de fotosynthese

Het is bekend dat steeds meer plastic afval in de bodem en wateren terechtkomt. Onderzoekers maken zich vooral zorgen over kleine micro- en nanodeeltjes. Het blijft onduidelijk hoe en in welke mate deze levende organismen kunnen binnendringen, en wat voor effect ze op de stofwisseling kunnen hebben.

ETH-onderzoeker Denise Mitrano heeft nu kunnen aantonen hoe bomen nanoplastics in water opnemen via hun wortels. In samenwerking met ecoloog Arthur Gessler van het Zwitserse Federale Instituut voor Bos-, Sneeuw- en Landschapsonderzoek heeft ze voor het eerst aangetoond dat dit een negatief effect heeft op de fotosynthese. Mitrano gebruikte hiervoor een door haar ontwikkelde methode om microplastics en nanoplastics snel en nauwkeurig te detecteren.

Honderden jonge boompjes in een waterbad

Eerst kweekten de onderzoekers 100 zaailingen van twee boomsoorten met verschillende watergebruiksstrategieën: de wilde esdoorn, een bladverliezende boom die wijdverspreid is in Europa en veel water nodig heeft, en de fijnspar, die weinig water nodig heeft.

De wilde-appelboom-zaailingen werden na zeven maanden overgezet naar hydrocultuur, gevolgd door de langzamer groeiende spar na 18 maanden. Dit betekende dat de wortels van de zaailingen nu groeiden in water verrijkt met voedingsstoffen in plaats van in aarde.

Het team voegde vervolgens verschillende concentraties van modelmetaal-gedoteerde nanoplastics toe aan het water en analyseerde de inhoud van plasticdeeltjes in verschillende delen van de bomen op verschillende tijdstippen. Ze bepaalden ook de fotosyntheseactiviteit door de hele studiedat nu is gepubliceerd in Milieukunde: Nano.

Binnen enkele weken konden de onderzoekers 1 tot 2 milligram nanoplastics per gram plantmateriaal in de wortels detecteren. In de stammen, bladeren en naalden was het plasticgehalte ongeveer 10 tot 100 keer lager.

Er waren geen significante verschillen tussen de twee boomsoorten. De fijnspar neemt weliswaar minder water op, maar er hoopt zich in deze boom ongeveer evenveel nanoplastic op als in de dorstige esdoorn.

“Dat was verrassend. We hadden verwacht dat de hoeveelheid nanoplastics zou correleren met de hoeveelheid water die wordt geabsorbeerd en getransporteerd naar de bladeren,” zegt Gessler. Deze bevinding suggereert dat nanoplastics niet via kleine scheurtjes in het wortelweefsel de bomen binnendringen, zoals eerder werd gedacht, maar dat ze worden opgenomen in cellen in de wortel en van daaruit verder de boom in worden getransporteerd.

Waarschijnlijk opgeslagen in het celmembraan

De onderzoekers slaagden er ook in om te bewijzen dat nanoplastics in de bladeren en naalden belangrijke fysiologische processen kunnen beïnvloeden. Hun metingen toonden aan dat de effectiviteit van fotosynthese in de wilde lijsterbes binnen twee weken met een derde afnam, en in de Noorse spar met ongeveer 10% binnen vier weken. In beide gevallen werden ze vergeleken met bomen die in water groeiden zonder toevoeging van nanoplastics.

“In de naalden moeten de deeltjes een extra cellulaire barrière overwinnen, wat de reden kan zijn dat het bij de spar langer duurt dan bij de loofboom”, zegt Gessler.

Het resultaat gaf aan dat een deel van de energie uit zonlicht niet langer wordt gebruikt voor fotosynthese, maar in plaats daarvan wordt afgevoerd als warmte. “Dit is een typische stressreactie bij bomen”, zegt Gessler. “Mijn hypothese is dat nanoplastics worden opgeslagen in celmembranen en deze beschadigen.”

Het op deze manier opslaan van nanoplastics kan ook andere levende organismen beschadigen. Dit komt doordat celmembranen een sleutelrol spelen in een reeks fysiologische processen.

Verminderde fotosynthese had geen effect op de boomgroei. De onderzoekers observeerden de bomen echter slechts gedurende een korte periode van vier weken, dus er kunnen geen conclusies worden getrokken over de gevolgen op de langere termijn. Bovendien werden in deze studie relatief hoge hoeveelheden nanoplastics gebruikt. De effecten kunnen anders zijn bij lagere concentraties nanoplastics of wanneer de bomen in aarde worden gekweekt in plaats van in hydrocultuur.

“Onze studie is niet bedoeld om de indruk te wekken dat bomen kunnen sterven als gevolg van nanoplastics,” zegt Mitrano. Maar het zou een extra stressfactor kunnen zijn, met name voor bomen in steden, die al lijden onder toegenomen hitte, droogte en luchtvervuiling.