Οξίνιση των ωκεανών και ο αντίκτυπός της στο θαλάσσιο περιβάλλον

Πρόσφατα, ειδήσεις όπως η ιστορία μιας πολικής αρκούδας που προσπαθεί απεγνωσμένα να βρει έναν πάγο και μια παγκόσμιας κλίμακας λεύκανση κοραλλιών έχουν γίνει όλο και πιο κοινές. Με την κλιματική αλλαγή, τα ακραία καιρικά φαινόμενα αυξάνονται σαφώς σε συχνότητα, όπως έντονοι καύσωνες, ισχυροί τυφώνες ή έντονες ξηρασίες.

Αυτές οι επιπτώσεις δεν εμφανίζονται μόνο στην επιφάνεια της γης αλλά και κάτω από τον ωκεανό, με επιβλαβείς επιπτώσεις σε διάφορα θαλάσσια οικοσυστήματα. Για παράδειγμα, η οξίνιση των ωκεανών (ΟΑ), η οποία είναι γνωστή ως το κακό δίδυμο της υπερθέρμανσης του πλανήτη, είναι μία από τις αναδυόμενες απειλές για το θαλάσσιο περιβάλλον (Feely et al., 2004).

Η ΟΑ, η οποία προκαλείται όταν το νερό απορροφά το 30% του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα (η γη απορροφά περίπου μόνο το 20%), θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη. Οι ειδικοί έχουν προβλέψει πτώση του pH του θαλασσινού νερού κατά 0,3-0,4 μονάδες μέχρι το τέλος του αιώνα και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το μέσο pH των ωκεανών θα μειωθεί κατά 0,8 μονάδες έως το 2300.

Γιατί να ανησυχούν οι άνθρωποι για αυτόν τον αριθμό, αφού φαίνεται τόσο μικρός; Πρέπει να σημειωθεί ότι το pH είναι μια λογαριθμική κλίμακα, επομένως 1 μονάδα pH διαφορετική σημαίνει 10 φορές τη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου, επομένως μόνο 1 μονάδα αλλαγής του pH μπορεί να προκαλέσει καταστροφικές συνέπειες για τους θαλάσσιους οργανισμούς (Εικ. 2).

Σημειώστε ότι η ΟΑ όχι μόνο επηρεάζει άμεσα τη φυσική κατάσταση του οργανισμού που σχηματίζει κέλυφος μέσω μειωμένων ρυθμών ασβεστοποίησης αλλά και μέσω αλλαγών στην αναπαραγωγή, τη φυσιολογία, τον ρυθμό ανάπτυξης και τη συμπεριφορά. Έτσι, είναι πολύ σημαντικό να κατανοήσουμε τους προσαρμοστικούς μηχανισμούς των θαλάσσιων οργανισμών για την αντιμετώπιση του περιβαλλοντικού στρες όπως η ΟΑ. Από την άλλη πλευρά, το μειωμένο pH θα μπορούσε να αλλάξει τις φυσικοχημικές ιδιότητες των νανοϋλικών, οδηγώντας σε ελαφρώς μεγαλύτερη ομοιότητα συσσωμάτωσης σε μέγεθος και σχήμα με το φυτοπλαγκτόν. Αυτό το φαινόμενο είναι επικίνδυνο για το φιλτράρισμα των ταΐστρων όπως τα μύδια. Νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου (nano-TiO₂ ), ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα νανοσωματίδια οξειδίου μετάλλου σε βιομηχανικά προϊόντα όπως το αντηλιακό, ήταν η προτιμώμενη επιλογή για την περαιτέρω αποσαφήνιση της αλληλεπίδρασης των επιπτώσεων τοξικότητας με συνθήκες χαμηλού pH που σχετίζονται με την οξίνιση των ωκεανών.

Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν νανο-TiO₂ (2,5, 10 mg L) και το χαμηλό pH (pH 7,3) προκάλεσαν οξειδωτικό στρες στο μύδι με παχύ κέλυφος Mytilus coruscus και αυτό με διαδραστικά και μεταφερόμενα εφέ. Δηλαδή, τα συνδυασμένα αποτελέσματα του νανο-TiO₂ με χαμηλό pH σε βιοχημικές παραμέτρους του M. coruscus όχι μόνο μπορεί να παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια μιας περιόδου έκθεσης, αλλά μπορεί επίσης να συνεχίσει να ανιχνεύεται κατά την περίοδο αποκατάστασης. Αυτό που πρέπει να τονιστεί είναι οι ειδικές για τον ιστό αποκρίσεις:ο πεπτικός αδένας του μυδιού κατάφερε να αποφύγει το οξειδωτικό στρες. Αυτή η πτυχή των πειραματικών αποτελεσμάτων έδειξε αύξηση σε ορισμένες αντιοξειδωτικές ενζυμικές δραστηριότητες. Αντίθετα, το βράγχιο φαίνεται να είναι πιο ευαίσθητο στο οξειδωτικό στρες και μπορεί να υποστεί βλάβη που προέρχεται από υψηλής συγκέντρωσης νανο-TiO₂ έκθεση λόγω χαμηλού ρυθμού διάλυσης σε συνθήκες χαμηλού pH. Επιπλέον, η αιμολέμφος είναι επίσης όργανο-στόχος. Η προηγούμενη μελέτη μας αντιπροσώπευε τις πρώτες ενδείξεις κατασταλτικής ανοσολογικής απόκρισης όταν αιμοκύτταρα μυδιών εκτέθηκαν σε συνδυασμένο νανο-TiO₂ και χαμηλό pH (Huang et al., 2016).

Στο δεύτερο μέρος αυτής της έρευνας, ακολουθούμενη από μια βραχυπρόθεσμη περίοδο αποκατάστασης υπό φυσιολογικό pH (pH 8,1) χωρίς νανο-TiO₂ , και οι δύο ιστοί του M. coruscus δεν επαρκούσαν για την πλήρη αποκατάσταση του κατεστραμμένου αντιοξειδωτικού συστήματος. δηλαδή τα μύδια δεν μπορούσαν να προσαρμοστούν αποτελεσματικά. Από την άποψη της ατομικής ανάπτυξης, άλλες προηγούμενες μελέτες βρήκαν ότι οι φυσιολογικές λειτουργίες του M. coruscus είχαν πιο σοβαρή βλάβη από τον συνδυασμό νανο-TiO₂ και χαμηλό pH, που συσχετίζεται ισχυρά με αρνητικό ρυθμό αναπνοής, ρυθμό απέκκρισης αμμωνίας, αναλογία O:N και τιμές πεδίου ανάπτυξης (SFG) (Hu et al., 2017). Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα ευρήματα, θα μπορούσαμε να επιβεβαιώσουμε ότι το nano-TiO₂ η έκθεση προκαλεί δυσμενείς επιπτώσεις στο M. coruscus , επηρεάζοντας ιδιαίτερα την υγεία των μυδιών πιο σοβαρά όταν υπήρχε οξίνιση του θαλασσινού νερού (Εικ. 3).

Αν και αυτή η εργασία μπορεί να μην αντικατοπτρίζει ρεαλιστικές συνθήκες περιβαλλοντικής έκθεσης, τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης μπορούν να παρέχουν ενδείξεις υποθανατηφόρων αρνητικών επιπτώσεων του νανο-TiO₂ και χαμηλό pH σε μηχανικούς παράκτιων θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Οι συνεργιστικές επιδράσεις του νανο-TiO₂ και το χαμηλό pH στα μύδια υποδηλώνουν ότι τα νανοσωματίδια μπορεί να επηρεάσουν την ικανότητα των θαλάσσιων ασπόνδυλων πιο σοβαρά όταν υπάρχουν πρόσθετοι περιβαλλοντικοί στρεσογόνοι παράγοντες.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Το οξειδωτικό στρες που προκαλείται από νανοσωματίδια διοξειδίου του τιτανίου αυξάνεται υπό την οξίνιση του θαλασσινού νερού στο μύδι με παχύ κέλυφος Mytilus coruscus, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Marine Environmental Research. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Xizhi Huang, Zekang Liu, Zhe Xie, Fangli Wu,  Hui Kong, Liping Liu,  Yanming Sui,  Weiqun Lu,  Menghong Hu και  Youji Wang από του Shanghai University of Shanghai St Hen Duanon από το Second Institute of Oceanography State Oceanic Administration και Daohui Lin από το Zhejiang University.

Αναφορές:

1. Feely, R.A., Sabine, C.L., Lee, K., Berelson, W., Kleypas, J., Fabry, V.J., Millero F.J. 2004. Impact of anthropogenic CO₂ στο CaCO₃ σύστημα στους ωκεανούς. Επιστήμη. 305, 362-366.
2. Feely, R.A., Sabine, C.L., Fabry, V.J., 2006. Το διοξείδιο του άνθρακα και η κληρονομιά μας στον ωκεανό. Mrine Life. 1.
3. Huang, X., Lin, D., Ning, K., Sui, Y., Hu, M., Lu, W., Wang, Y., 2016. Αποκρίσεις αιμοκυττάρων του μυδιού με παχύ κέλυφος Mytilus coruscus εκτεθειμένο σε νανο-TiO₂ και οξίνιση του θαλασσινού νερού. Aquat. Toxicol. 180, 1–10.
4. Hu, M., Lin, D., Shang, Y., Hu, Y., Lu, W., Huang, X., Ning, K., Chen, Y., Wang, Y., 2017. CO₂ -η επαγόμενη μείωση του pH αυξάνει τη φυσιολογική τοξικότητα του νανο-TiO₂ στο μύδι Mytilus coruscus . Sci. 7.