La pandemia de plástico

Ciencia infusa

Desde el Ártico a la Antártida, desde la superficie del mar al sedimento del fondo de los océanos, en todos los ambientes marinos que los científicos han explorado aparece el plástico. Y, por supuesto, también en el suelo y en las aguas dulces, incluso en la atmósfera. Persiste durante años, siglos, milenios afirman algunos expertos, mata animales y plantas, contamina el entorno y ensucia y satura cualquier hábitat. Comenzó a fabricarse en la década de los treinta del siglo pasado y en los cincuenta llegó la producción en masa.

Foto: Erik Mclean / Unsplash

Como ejemplo sirve la publicación de 2018 del grupo de Thomas Maes, del Centro para el Ambiente, Pesquerías y Ciencia de la Acuicultura de Lowestoft, en Inglaterra, sobre la presencia de plástico en el fondo del mar, en el entorno de Gran Bretaña e incluyendo el Mar del Norte. De 1992 a 2017, el 63% de los puntos de muestreo tienen, por lo menos, algún objeto o fragmento de plástico. Hay algunos plásticos, como pueden ser las bolsas de plástico, que han disminuido hasta en un 30% desde 2010. No tengo datos sobre si la pandemia COVID-19 ha cambiado estas cifras.

En 2015, la producción global de plásticos era de 380 millones de toneladas, muy lejos de los 2 millones de toneladas de 1950. El total del plástico producido entre 1950 y 2015 era de casi 8000 millones de toneladas, y la mitad, unos 4000 millones, se fabricaron entre 2002 y 2015, en solo 13 años. Solo China, en 2015, produjo el 28% del total. Para 2010 eran 275 millones de toneladas de plástico las que se vertían en 192 países y, de esa basura, entre 4.8 y 12.7 millones de toneladas terminaban en el mar. De estas cifras, Roland Geyer y su grupo, de la Universidad de California en Santa Barbara, afirman que, en 2017, 4900 millones han terminado en la basura, el 79%, y solo 600 millones, el 10%, se han reciclado.

Muchos de los plásticos vertidos miden menos de 5 milímetros y son llamados microplásticos. Esta fue la palabra del año 2018 para la Fundéu BBVA. Incluso se pueden degradar y fragmentar hasta nanoplásticos con un tamaño de 1 a 100 nanómetros (millonésima parte de un milímetro). Con modelos de ordenador se ha calculado que, en los océanos, hay entre 15 y 51 billones de nanopartículas de plástico. Incluso ahora se ha encontrado plástico en muestras de agua del Mar del Norte recogidas en los años sesenta. En conclusión, la contaminación con plásticos comenzó en el momento en que se empezó a fabricar y utilizar en masa.

La isla Henderson, en el sur del Pacífico Central, es parte del territorio británico de las islas Pitcairn. Mide 9.6 kilómetros de longitud por 5.1 kilómetros de anchura. En total son 37.3 kilómetros cuadrados de superficie. Está a 115 kilómetros al noroeste de la isla Pitcairn, la principal del grupo. La isla Henderson está deshabitada y se encuentra a unos 5000 kilómetros de grandes extensiones de tierra, con sus grandes poblaciones y gran desarrollo social e industrial.

No existen fuentes locales de contaminación y, por tanto, toda la basura de la isla Henderson viene del exterior. En 2015, Jennifer Lavers y Alexander Bond, de la Universidad de Tasmania y de la Real Sociedad para la Protección de las Aves, en Inglaterra, visitaron la isla, entre mayo y agosto, y cuantificaron la basura de plásticos de su costa.

Recogieron muestras tanto en las playas como en los fondos cercanos a ellas. En las playas encontraron de 20 a 670 fragmentos de plástico por metro cuadrado, y en los fondos, de 53 a 4500 fragmentos por metro cuadrado. El 65% son microplásticos. Calcularon, a partir de estos datos, que el número de fragmentos de plástico en la isla, visibles o enterrados, era de casi 38 millones, con un peso de más de 17 toneladas. Cada día llegan a la isla entre 17 y 268 nuevos fragmentos de plástico.

Los autores suponen que el plástico llega a la isla llevado por las corrientes oceánicas que provocan el Gran Giro de Plásticos del Pacífico Sur pues la isla se encuentra en la parte oriental de ese Giro. Como ejemplo sirve que la mayor parte de los restos relacionados con la pesca, sobre todo fragmentos de redes y boyas, vienen de empresas de China, Japón y Chile. Más al norte, en Hawai, se estima que 80000 toneladas de plásticos llegan cada año, y el 54% viene de Norteamérica y Asia.

El plástico está en los océanos, los científicos no saben cómo retirarlo y, mucho menos, los micro- y nanoplásticos. Se depositan en los sedimentos del fondo y, allí, cimentarán con otros materiales y, en el futuro, esa capa de sedimentos con plásticos será nuestro legado al futuro, el legado del Antropoceno.

Ya se han encontrado rocas sedimentarias entre cuyos componentes hay fragmentos de plástico. Lo han descrito Patricia Corcoran y su grupo, de la Universidad de Ontario Occidental en Canadá, con muestras recogidas en la Playa Kamilo, en las Islas Hawai. Son rocas con fragmentos de plástico y cementadas con arena de la playa. Los autores las llaman plastiaglomerados. También describen como, en algunos casos, las rocas con plástico se forman en el suelo, debajo de los abundantes fuegos de campamento y barbacoas que se hacen en la playa.

Solo para recordarlo, hay que mencionar que, en nuestras costas, el grupo de Nikole Arrieta, de la UPV/EHU de Leioa, ha encontrado rocas formadas con la cementación de escorias procedentes de vertidos, con gabarras, de los altos hornos. Otro signo de actividad humana para el futuro, de nuevo el legado del Antropoceno.

Un lugar donde ya se han integrado los plásticos es el hielo del Ártico. El grupo de Andrés Cózar, de la Universidad de Cádiz, ha detectado una fuerte corriente oceánica hacia el norte desde el Atlántico y por el este y el oeste de Groenlandia. Esta corriente lleva plásticos desde el Giro del Atlántico Norte hacia el Ártico. También está ocurriendo que, con el calentamiento global y la fusión de parte de los hielos del Ártico, se están liberando fragmentos de plástico que estaban en el hielo desde hace tiempo. El equipo de Rachel Obbard, del Colegio Darmouth, en Estados Unidos, ha encontrado grandes cantidades de plástico en el Ártico, algunos fabricados hace bastantes años, y, quizá, estaban congelados en el hielo.

Como decía, estas capas de sedimentos con plásticos son un marcador de la actividad humana, de la era geológica Antropoceno, reivindicada por un numeroso grupo de investigadores de todo el mundo en la revisión liderada por Jan Zalasiewicz, de la Universidad de Leicester, en Inglaterra. Entre los que participan en esta revisión está Alejandro Cearreta, de la UPV/EHU de Leioa. La Era Antropoceno se define como la época geológica en que la actividad humana tiene un impacto geológico sobre los ecosistemas y la geología del planeta.

En la revisión, describen como, desde el siglo pasado, los plásticos aparecen en todos los hábitats. Son muy evidentes en sedimentos terrestres y, más recientemente, en los depósitos sedimentarios marinos. La cantidad de plástico se ha doblado varias veces en las últimas décadas. Son los llamados tecnofósiles y son, por supuesto, marcadores del Antropoceno.

Y pueden llegar lejos como muestra el estudio de J.A. Gil Delgado y su grupo, de la Universidad de Valencia, en cuatro lagos de Castilla-La Mancha en las provincias de Cuenca, Ciudad Real y Toledo. Analizan las heces de tres especies de aves acuáticas: focha común (Fulica atra), ánade real o azulón (Anas platyrhynchos) y tarro blanco (Tadorna tadorna). Toman 89 muestras y el 48% tienen restos de plástico, y la mayoría de ese plástico procede del entorno cercano y es de uso en agricultura.

Es interesante destacar que, a pesar de la presencia de plástico en todos los hábitats, según Kinga Kik y sus colegas, de la Universidad de Lodz, en Polonia, y en una revisión publicada este año 2020, no hay estudios de los efectos de estos compuestos, en este caso del poliestireno, sobre el organismo humano.

Foto: Yifan Zhang / Unsplash

Podemos volver a los océanos, a las profundidades de los océanos, allí donde el grupo de M.L. Taylor, de la Universidad de Oxford, ha encontrado microplásticos en el sistema digestivo de seis especies de cnidarios (medusas, …), equinodermos (erizos de mar, …) y artrópodos (langostas, …). Y son muestras tomadas por un robot a profundidades entre 300 y 1700 metros de profundidad en el Atlántico, el Mediterráneo, el Índico y el Pacífico.

Los plásticos son esenciales en nuestra sociedad pero, también, y ya lo hemos comentado varias veces, suponen un grave y enorme riesgo de contaminación, sobre todo en los ecosistemas marinos con enormes islas de plástico flotantes con tamaño continental. Sin embargo, esta alarma ambiental provocada por la acumulación de plásticos de difícil y larga degradación ha empujado a científicos e instituciones a buscar procesos y métodos que los degraden. Son difíciles de degradar en entornos naturales por su estructura complicada, gran tamaño de molécula y su naturaleza hidrofóbica. Evitan el agua que, por otra parte, es el medio en el que mejor se encuentran los seres vivos que los podrían degradar. Como escriben Harry Austin y sus colegas, de la Universidad de Portsmouth, en Inglaterra, ya se han encontrado bacterias que producen enzimas que metabolizan plásticos y los utilizan como fuente de alimento y energía.

Este grupo trabaja con la bacteria Ideonella sakaiensis, que es capaz de crecer en el plástico tereftalato de polietileno o PET, en sus siglas en inglés, que es muy utilizado en botellas, ropa, envases o alfombras. Esta bacteria sintetiza y libera al medio una enzima, la PETasa, que degrada el ftalato y lo separa en componentes más pequeños y, se supone, inocuos. La historia de esta bacteria, Ideonella, comenzó en el Japón, donde fue aislada por el grupo de S. Yoshida, de la Universidad Keio de Yokohama. La encontraron en un medio muy contaminado, con basura y botellas de plástico, de PET, medio sumergidas en agua. Y en una de esas botellas aislaron y caracterizaron a la Ideonella. También determinaron la enzima PETasa y otra enzima, la METasa, que actuaba sobre los productos de descomposición del ftalato y producía ácido tereftálico y etilenglicol, compuestos menos contaminantes que el ftalato original.

Pero antes del hallazgo de Yoshida, en 2010, ya se habían publicado algunos estudios de la degradación de plásticos por bacterias. Por ejemplo, Naima Atiq y sus colegas, de la Universidad de Islamabad, en Pakistán, encontraron cuatro cepas de bacterias que degradaban poliestireno, el plástico que se conoce como expandido y que se utiliza en envases por su excelente comportamiento en aislar el contenido de cambios de temperatura.

Atiq y su grupo colocaban poliestireno con muestras de suelo del jardín de su universidad. Encontraron bacterias que crecían sobre el plástico y lo degradaban y utilizaban como fuente de energía. Eran bacterias de los géneros Microbacterium, Paenibacillus, Bacillus y Pseudomonas. Fue una investigación con escasa difusión, de un país de Asia y publicado en una revista africana y, por ello, hasta años más recientes no se ha conocido.

No solo bacterias, también se han encontrado hongos adheridos a la superficie de plásticos durante su degradación. El grupo de Urooj Zafar, de la Universidad de Manchester, los ha encontrado enterrando placas del plástico poliuretano en restos orgánicos durante el proceso de compostaje. Varias especies de hongos se asocian al poliuretano en el tiempo que se necesita para conseguir el compost. Las más numerosas son especies del género Aspergillus. Cuando termina el compostaje, las comunidades de hongo sobre el plástico no son las mismas que las que aparecen en el compost y, por ello, parece que se han seleccionado las que más eficazmente utilizan el plástico como alimento y energía.

Una de las especies del hongo Aspergillus, también aislada en Islamabad, en Pakistán, es el Aspergillus tubingensis, y el grupo de Sehroon Khan, de la Academia China de Ciencia de Kunming, ha demostrado que degrada poliuretano. Lo hace en dos meses en el laboratorio y, también, cuando el plástico es enterrado.

Además de bacterias y hongos, una tercera línea de investigación sobre organismo que degradan plásticos estudia las larvas de insectos. Así, S.S. Yang y sus colegas, de la Universidad de Stanford, trabajaron con larva del coleóptero Tenebrio molitor, conocida como el gusano de la harina. Se alimenta con poliestireno. En 12 a 15 horas ingiere el plástico, y a las 2-3 semanas ha utilizado el 65% de la cantidad que se le ha proporcionado. Si, a la vez, se le dan restos de vegetales, la degradación del plástico se dobla. Cuando se ha dejado que estas larvas alimentadas con poliestireno lleguen a adultos y se reproduzcan, la siguiente generación sigue alimentándose con plástico. Sin embargo, un reciente estudio del grupo de Konrad Matyja, de la Universidad de Wroclaw, en Polonia, muestra que las larvas de Tenebrio alimentadas con poliestireno rara vez completan su ciclo vital y no llegan a adultos. El alimento que se les proporciona con el plástico no es suficiente y necesitan un complemento nutricional de avena.

Los autores sugieren que la degradación del poliestireno no la hace directamente el gusano de la harina sino algún microorganismo que vive en su tubo digestivo. En otra publicación, este grupo ha identificado una de las bacterias del tubo digestivo que degrada el poliestireno. Pertenece al género Exiguobacterium.

En la misma línea, Paolo Bombelli y su equipo, de la Universidad de Cambridge, han trabajado con la polilla de la cera, larva del lepidóptero Galleria mellonella, que se alimenta de la cera de las colmenas. Colocan láminas de polietileno en contacto directo con las polillas y, en 40 minutos, aparecen orificios en el plástico. Son, de media, 2.2 orificios por larva y por hora. Si se ponen más de 100 polillas en contacto con una bolsa de polietileno, del tipo de las usadas para recoger y transportar la compra, en 12 horas disminuye su peso en 92 miligramos o, si se quiere, en unas 14 horas su peso cae un 13%.

De nuevo los autores sugieren que el proceso de desintegración del polietileno lo hace algún microorganismo del tubo digestivo de la polilla.

En 2017, Wilkes y Aristilde, de la Universidad Cornell de Ithaca, en Estados Unidos, publicaron una revisión sobre las bacterias de un solo género, Pseudomonas, con capacidad de degradar plásticos. Hay citadas 17 especies y cepas de este género que pueden degradar hasta nueve tipos de plástico con diferentes grados de eficacia.

Otra revisión reciente sobre microorganismos que degradan plástico, en concreto poliestireno, Ba Thanh Ho y sus colegas, de la Universidad Nong Lam de la Ciudad Ho Chi Minh, en Vietnam, enumeran 33 especies y variedades, y tres de ellas vienen del tubo digestivo de larvas de insectos. Los autores plantean que se debe investigar cómo aumentar la velocidad del proceso de degradación del poliestireno. Y, también, la conservación de las infraestructuras que llevan este plástico.

Para terminar con una revisión reciente, de este año 2020, Sunil Ghatge y su grupo, desde Gwangjin, en Corea, mencionan 31 especies de bacterias y nueve de hongos que biodegradan el polietileno.

Referencias:

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Austin, H.P. et al. 2018. Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase. Proceedings of the National Academy of Sciences USA doi: 10.1073/pnas.1718804115

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Sobre el autor: Eduardo Angulo es doctor en biología, profesor de biología celular de la UPV/EHU retirado y divulgador científico. Ha publicado varios libros y es autor de La biología estupenda.

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