Νέα έρευνα σε βιοφίλμ: Καταπολέμηση της φύσης με τη φύση

Ενσωμάτωση οργανισμών βιολογικής ρύπανσης σε μεταλλική επιφάνεια. Πίστωση: Μαρία Σάλτα

Οργανικοί οργανισμοί βιολογικής ρύπανσης σε πλαστική επιφάνεια (μύδια, άλγη και βρυζοζάνα). Πιστότητα: Μαρία Σάλτα Οργανισμοί βιολογικής ρύπανσης σε πλαστική επιφάνεια (μύδια, φύκια και βρυζοζέλια). Πιστότητα: Μαρία Σάλτα Οργανισμοί βιολογικής ρύπανσης σε πλαστική επιφάνεια (μύδια, φύκια και βρυζοζέλια). Πιστότητα: Μαρία Σάλτα Οργανισμοί βιολογικής ρύπανσης σε πλαστική επιφάνεια (μύδια, φύκια και βρυζοζέλια). Πίστωση: Μαρία Σάλτα

Οργανικοί οργανισμοί βιολογικής ρύπανσης σε πλαστική επιφάνεια (μύδια, άλγη και βρυζοζάνα). Πίστωση: Μαρία Σάλτα

Previous Next

Κάτω από το λαμπερό συνονθύλευμα μπλουζ και χόρτων κρύβεται ένας περίπλοκος κόσμος μοναδικών ζωικών κοινοτήτων, ποικίλων τοπίων και μεταβλητών συνθηκών. Ο ωκεανός είναι επίσης ένα από τα πιο εκπληκτικά και συναρπαστικά οικοσυστήματα στον πλανήτη - ένας τόπος που μπορεί να φιλοξενήσει τόσο την πηγή ενός προβλήματος όσο και τη λύση. Στον ναυτιλιακό κλάδο, περίπου 56 εκατομμύρια δολάρια ετησίως συνδέονται με βιοσυσσώρευση μόνο για το Ναυτικό των ΗΠΑ.

Οι αντιρρυπαντικές επιστρώσεις έχουν τη δυνατότητα να μειώνουν κάθε χρόνο εκατομμύρια τόνους εκπομπών θερμοκηπίου, αλλά η βιομηχανία δεν έχει ακόμη βρει μια αποτελεσματική μέθοδο που να είναι φιλική προς το περιβάλλον. Η Dr. Maria Salta, περιβαλλοντική μικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Portsmouth του Ηνωμένου Βασιλείου, διερευνά πώς η ικανότητα της φύσης να αυτοκαθαρίζει μπορεί να κρατήσει τα μυστικά που πρέπει να συνεχίσουμε να κινούμαστε και τις στατικές δομές που είναι ελεύθερες. Αν είναι επιτυχής, όχι μόνο θα σώσει τη ναυτιλιακή βιομηχανία εκατομμύρια, αλλά θα βοηθήσει στην προστασία του πλανήτη από την περαιτέρω έκθεση σε τοξικές ουσίες από τις οποίες οι θαλάσσιες κοινότητες εξακολουθούν να υφίστανται τις επιπτώσεις του σήμερα.


Τα αντιρρυπαντικά επιχρίσματα μειώνουν κάθε χρόνο 384 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα και 3,6 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του θείου. Ο Διεθνής Ναυτιλιακός Οργανισμός εκτιμά ότι, χωρίς διορθωτικές ενέργειες και την εισαγωγή νέων τεχνολογιών κατά της ρύπανσης, οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου θα μπορούσαν να αυξηθούν κατά 38% έως 72% έως το 2020.

Για περισσότερα από τριάντα χρόνια το Tributyltin (TBT) ήταν ο ενεργός παράγοντας στα αντιρρυπαντικά χρώματα που χρησιμοποιούνται εκτενώς στον ναυτιλιακό τομέα. Μόλις στη δεκαετία του '80 διαπιστώθηκε ότι είναι μία από τις πιο επιβλαβείς ουσίες που εισάγονται εν γνώσει του στο θαλάσσιο περιβάλλον. Η ΤΒΤ προκάλεσε σοβαρές βλάβες σε ζώα μη στοχευόμενα στο ευρύτερο θαλάσσιο περιβάλλον, όπως παραμορφώσεις στις κοινότητες των οστρακοειδών και μαλακίων, μειωμένη ανάπτυξη φυκών και τοξικές επιπτώσεις στα νεαρά ψάρια.

Η Dr. Maria Salta είναι ειδικός σε θαλάσσια βιολογικά φιλμ με ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον για φιλικές προς το περιβάλλον αντιρρυπαντικές επιστρώσεις. "Μέχρι το 2003, η ναυτιλιακή βιομηχανία χρησιμοποίησε το TBT, το οποίο ήταν επιτυχές αλλά πολύ τοξικό. Δούλεψε ενάντια σε μη στοχευόμενα ζώα και, μαζί με πολλές άλλες παρενέργειες, αλλάζει το φύλο τους. Οι τοξίνες από τον ΤΒΤ συσσωρεύονται στο νερό και τα ιζήματα από τη στιγμή που χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά στη βιομηχανία στα μέσα της δεκαετίας του '60. Χρειάστηκαν πάνω από 30 χρόνια για να την απαγορεύσουν εξ ολοκλήρου - αλλά μέχρι τότε έκαναν ήδη πάρα πολλές μη αναστρέψιμες ζημιές. "

Η έρευνα της Salta διερευνά λύσεις που μιμούνται τα φυσικά συστήματα για να σταματήσουν τη θαλάσσια ανάπτυξη στα κύτη των πλοίων. Οι επιστήμονες έχουν μελετήσει με μικροσκοπική λεπτομέρεια τι κάνει το δέρμα φαλαινών, καρχαριών και άλλων θαλάσσιων πλασμάτων ικανών να αποθαρρύνουν τα φραγκοστάφυλα, τα μύδια και τα φύκια που προσκολλώνται σε ανθρώπινες κατασκευές που παραμένουν στη θάλασσα για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ενώ το πρώτο στρώμα αποικισμού (βιοφίλμ) είναι εξαιρετικά σημαντικό, αγνοείται συχνά στην έρευνα.

Η Salta εξηγεί: "Τα Biofilms (aka slime) είναι το πρώτο στρώμα αποικισμού που αποτελείται κυρίως από διάτομα και βακτήρια. Πολλοί πιστεύουν ότι αυτό το στρώμα είναι το πρώτο που σχηματίζεται σε μια επιφάνεια, αλλά λειτουργεί και ως πηγή τροφής για μεγαλύτερους οργανισμούς, όπως σπόρια και προνύμφες, που τελικά συνδέονται σταθερά. Το βιοφίλμ μόνο του μπορεί να προκαλέσει έως και 18 τοις εκατό ποινής καυσίμου με πάχος μικρότερο από 1 χιλιοστόμετρο. Έτσι, δεν είναι μόνο μια πηγή τροφής, αλλά δημιουργεί τεράστια ζητήματα από μόνοι τους, συμπεριλαμβανομένης της τραχύτητας της επιφάνειας που επηρεάζει την υδροδυναμική του πλοίου, την άμβλυνση και τη βιοδιάσπαση των θαλάσσιων αγωγών, την υδατοκαλλιέργεια και πολλά άλλα - όχι μόνο τα πλοία.

Η βιοσυσσώρευση επηρεάζει όλα τα ανθρώπινα αντικείμενα στο υδάτινο περιβάλλον. Για τη Salta, η εξεύρεση λύσης σήμαινε ότι πρέπει πρώτα να βρει τρόπους για να αφαιρέσει το βιοφίλμ. "Είναι συναρπαστικό γιατί είναι μια τόσο δυναμική μικρο-κοινότητα με τόσους πολλούς διαφορετικούς οργανισμούς. Στην πραγματικότητα, για τα φύκια και τα φραγκοστάφυλα - που είναι το κύριο ζήτημα όταν πρόκειται για τη ναυτιλία - η ναυτιλιακή βιομηχανία έχει μερικές μεθόδους για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα. Χρησιμοποιούν επιχρίσματα με βάση τη σιλικόνη, σαν τις μη κολλητικές επιφάνειες που βρίσκονται στα τηγάνια μας, οι οργανισμοί αυτοί προσκολλώνται, αλλά όταν το πλοίο αρχίζει να κινείται, πέφτουν, είναι μια εξαιρετική τακτική, αλλά λειτουργεί καλύτερα σε υψηλές ταχύτητες και καθόλου αποτελεσματικό για στατικά αντικείμενα. Επιπλέον, το βιοφίλμ εξακολουθεί να προκαλεί όλεθρο. "

Μέσω της έρευνάς της, η Salta έχει αναπτύξει τώρα μια σειρά από καινοτόμες τεχνικές για να δοκιμάσει διάφορα αντιρρυπαντικά επιχρίσματα, υλικά και ρυπαίνουσες συμπεριφορές στο εργαστήριο που προσομοιώνουν φυσικές συνθήκες. "Για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα υπήρχε ένα κενό σε αυτές τις τεχνικές και από πολλές απόψεις οι άνθρωποι εξακολουθούν να χρησιμοποιούν βασικές μεθόδους. Για παράδειγμα, όταν δοκιμάζουν αντιρρυπαντικά υλικά, οι επιστήμονες το κάνουν συχνά σε ένα στατικό περιβάλλον - αν και ενημερωτικό, t αντιπροσωπεύουν το πραγματικό περιβάλλον, καθώς τα βιοφίλμ εκτίθενται πάντα στη ροή. Ακόμη και αν τα πλοία δεν κινούνται, υπάρχουν παλίρροιες, επομένως ποτέ δεν είναι πραγματικά «στατικά». Αναπτύξαμε μια νέα μέθοδο που ενσωματώνει την υδροδυναμική, ώστε να μπορώ να δω τι συμβαίνει όταν οι βιολογικές ταινίες βρίσκονται κάτω από ροή που θα ήταν πιο αντιπροσωπευτική του φυσικού περιβάλλοντος. Έχω επίσης αναπτύξει μεθόδους υψηλής απόδοσης που αξιολογούν τον τρόπο με τον οποίο τα βιοφίλμ σχηματίζονται άμεσα σε πειραματικές και εμπορικές επικαλύψεις. είπε ο Σάλτα.

"Τώρα γνωρίζουμε ότι τα βιοφίλμ προτιμούν να προσκολλώνται σε ορισμένες επιφάνειες περισσότερο από άλλα." Το πρόβλημα είναι ότι συχνά τα βακτήρια προσαρμόζονται - αν τροποποιήσετε τις επιφανειακές ιδιότητες, τα βακτηρίδια θα μπορούσαν ενδεχομένως να τροποποιηθούν για να ξεπεράσουν τα εμπόδια. γιατί και σε ποιο βαθμό οι μικροοργανισμοί προσαρμόζονται ανάλογα με την επιφάνεια, έτσι ώστε, ως μέρος της έρευνάς μου, να εξετάζουμε τις ενώσεις ειδών-υλικών.Πρόκειται για πρόσφατα αποτελέσματα και μοιάζουν συναρπαστικά.Αλλά πριν μπορέσουμε να αποτρέψουμε την βιολογική ρύπανση πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τα βιοφίλμ - γιατί οι μικροοργανισμοί αυτοί συνδέονται με τον τόπο όπου συνδέονται και πώς; Και τότε θα βρούμε μια λύση παράλληλα με την έρευνα αυτή. "

Το έργο της Salta καλύπτει μια ποικιλία από γωνίες, συμπεριλαμβανομένης της βιομιμητικής και της αλληλουχίας της επόμενης γενιάς «Όταν οι μύες είναι πολύ νέοι, οι πρωτεΐνες μπορεί να τους βοηθήσουν να παραμείνουν ελεύθεροι. δεν είναι εντελώς απαλλαγμένο από παθογόνα, έχει επίσης βακτηρίδια σε αυτό.Έτσι, τα βακτήρια διαδραματίζουν ρόλο στην διατήρηση των φυκών χωρίς άλλους βιοφαιρικούς οργανισμούς; Υπάρχουν φορές που αυτό αποδείχθηκε ότι συμβαίνει.

Μεγάλα θαλάσσια ζώα έχουν επίσης εξεταστεί εξαιτίας της σχετικά απρόσβλητης ύπαρξής τους. Οι νέες τεχνολογίες αντλούν έμπνευση από το σχήμα της επιφάνειας και το πρότυπο που υπάρχει στους θαλάσσιους οργανισμούς, όπως ο καρχαρίας. Για παράδειγμα, η επιφάνεια του καρχαρία λειτουργεί υδροδυναμικά, και οι «ζυγοί» βοηθούν στη δημιουργία μικρών στροβίλων που θεωρητικά δρουν για να αποτρέψουν τα βακτηρίδια να προσκολλώνται, να αποικίζουν και να σχηματίζουν βιοφίλμ. Η Σάλτα εξήγησε ότι αυτοί οι τύποι τεχνολογίας είχαν κάποια επιτυχία. Ωστόσο, είναι συχνά βραχύβια επειδή το βιοφίλμ μπορεί τελικά να σχηματίσει ένα στρώμα πάνω από την επιφάνεια.