Včely medonosné, kľúčové opyľovače poľnohospodárskych plodín a divých rastlín, sú vystavené mikroplastom prostredníctvom potravy a životného prostredia.
Úvod do problematiky
Vedecký výskum skúmajúci vplyv mikroplastov v suchozemských ekosystémoch je stále v ranom štádiu, no už potvrdil, že expozícia plastom vedie k rôznym škodlivým zdravotným účinkom u viacerých organizmov. Štúdia uverejnená na BioRxiv ukazuje, že mikroskopické kúsky plastov (najmä polystyrén) sa po požití vedia dostať až do mozgu včiel. Mikroplasty predstavujú globálny environmentálny problém, ktorý sa dotýka nielen morských ekosystémov, ale čoraz viac aj terestrických prostredí a organizmov, vrátane opylujúceho hmyzu. Včely medonosné, kľúčové opyľovače poľnohospodárskych plodín a divých rastlín, sú vystavené mikroplastom prostredníctvom potravy a životného prostredia.
Ciele výskumu
Aj keď nedávne štúdie ukázali toxikologické účinky jednotlivých typov mikroplastových polymérov na včely medonosné, účinky rôznych kombináciií polymérov a ich dôsledky na kognitívny a behaviorálny výkon zostávali neznáme. Medzera v poznaní sa týkala najmä toho, ako môžu rôzne typy mikroplastov a ich kombinácie ovplyvňovať učenie, pamäť a celkové kognitívne schopnosti včiel. Vedci sa preto rozhodli systematicky preskúmať tieto otázky na modeli včely medonosnej (Apis mellifera).
Metodológia experimentu
Výskumníci hodnotili akútnu toxicitu po dvojdňovej expozícii polystyrénu (PS veľkosť 4,8-5,8 μm) a plexiskla (polymetylmetakrylát, PMMA veľkosť 1-40 μm), ako aj ich kombinácie (MIX), pri troch rôznych koncentráciách: dve environmentálne relevantné koncentrácie a jedna vyššia (0,5, 5 a 50 mg/L). Experiment bol navrhnutý tak, aby odrážal reálne podmienky, ktorým môžu byť včely vystavené v prírode.
Okrem toho použili fluorescenčné termosetové amino-formaldehydové mikroplasty (1-5 μm) na zistenie, či môžu mikrosfér tejto veľkosti prenikať cez hematoencefalickú bariéru hmyzu, pričom využili dvojfotónovú fluorescenčnú mikroskopiu (TPFM) v kombinácii s optimalizovanou verziou techniky DISCO. Táto pokročilá zobrazovacie technika umožnila priame pozorovanie prítomnosti mikroplastov v mozgovom tkanive včiel.
Vplyv na odozvu na cukor
Výsledky ukázali, že polystyrén znížil citlivosť včiel na cukor, zatiaľ čo PMMA nemal významný vplyv; kombinácia oboch materiálov však mala výrazný negatívny účinok na citlivosť voči cukru. Tento nález je význačný, pretože citlivosť na cukor je pre včely kľúčová – ovplyvňuje ich schopnosť vyhľadávať potravu a vyhodnocovať kvalitu zdrojov nektáru. Znížená citlivosť môže viesť k suboptimálnym rozhodnutiam pri zbere potravy a ohrozovať výživu celého úľa.
Poškodenie učenia a pamäti
PMMA, PS a MIX narušili učenie a pamäť u včiel, pričom PS preukázal najzávažnejšie účinky. Kognitívne schopnosti sú pre včely medonosné zásadné – potrebujú si pamätať umiestnenie zdrojov potravy, navigovať v zložitej krajine a komunikovať túto informáciu s ostatnými členmi kolónie prostredníctvom tanečných vzorcov. Narušenie týchto kognitívnych funkcií môže mať kaskádový účinok na celú kolóniu.
Experimenty sa zameriavali na apetitívne čuchové učenie a pamäť – základné schopnosti, ktoré včely využívajú na rozpoznávanie a zapamätanie si kvetov s bohatými zdrojmi nektáru a peľu. Polystyrénové mikroplasty spôsobovali najvýraznejšie poškodenie týchto schopností, čo naznačuje, že chemická povaha polyméru hrá dôležitú úlohu v toxicite.
Prienik do mozgu
Najpozoruhodnejším a znepokojujúcim zistením bolo, že 3D obrazová analýza mozgu pomocou TFPM ukázala, že mikroplasty s veľkosťou 1-5 μm prenikli a akumulovali sa v mozgu už po troch dňoch orálnej expozície. Toto zistenie prelamuje predchádzajúce predpoklady o ochrannej funkcii hematoencefalickej bariéry u hmyzu. Skutočnosť, že k penetrácii došlo tak rýchlo – v priebehu len troch dní – vyvoláva obavy o dlhodobých účinkoch chronickej expozície.
Prítomnosť mikroplastov v mozgovom tkanive nepredstavuje len mechanickú prekážku. Mikroplastové častice môžu niesť absorbované toxické chemikálie, interferovať s bunkovými procesmi a potenciálne vyvolávať zápalové reakcie. V nervovom tkanive môžu takéto narušenia mať ďalekosiahle dôsledky na neurotransmisiu, synaptickú plasticitu a celkovú funkciu nervového systému.
Synergické efekty
Významným aspektom výskumu bolo zistenie synergických efektov. Zatiaľ čo samotný PMMA nemal významný vplyv na citlivosť voči cukru, jeho kombinácia s polystyrénom viedla k výraznejšiemu negatívnemu účinku, než by sa očakávalo pri jednoduchom sčítaní individuálnych účinkov. Toto naznačuje, že expozícia zmesiam rôznych typov mikroplastov, ktorá je bežnejšia v reálnom prostredí, môže mať nepredvídateľné a potenciálne závažnejšie účinky.
Implikácie pre zdravie včiel a ekosystémy
Tieto výsledky vyvolávajú obavy o potenciálne mechanické, bunkové a biochemické poškodenia, ktoré môžu mikroplasty spôsobiť centrálnemu nervovému systému. Pre včely medonosné, ktoré sa spoliehajú na komplexné kognitívne schopnosti pri zbere potravy, navigácii, sociálnej komunikácii a starostlivosti o potomstvo, môže narušenie mozgových funkcií predstavovať existenčnú hrozbu.
Zistenia majú širšie ekologické dôsledky. Včely medonosné sú kľúčovými opeľovačmi mnohých poľnohospodárskych plodín a divých rastlín. Odhaduje sa, že približne tretina ľudskej potravy závisí priamo alebo nepriamo na opelení hmyzom. Akékoľvek faktory, ktoré ohrozujú zdravie a kognitívne schopnosti včiel, môžu mať dopady na poľnohospodársku produktivitu a biodiverzitu ekosystémov.
Kontext v rámci existujúceho výskumu
Tento výskum rozširuje predchádzajúce štúdie, ktoré ukázali, že mikroplasty môžu ovplyvňovať rôzne aspekty zdravia včiel, vrátane mortalitity, telesnej hmotnosti a správania pri zbere potravy. Niektoré skoršie štúdie naznačili, že polyetylénové mikroplasty majú len marginálne účinky na kognitívne schopnosti včiel, čo zdôrazňuje dôležitosť chemickej povahy polyméru pri určovaní toxicity.
Záver a budúce smery
Štúdia poskytuje presvedčivé dôkazy, že mikroplasty nielen prenikajú do tiel včiel medonosných, ale dokážu prekročiť hematoencefalickú bariéru a akumulovať sa v mozgovom tkanive s merateľnými negatívnymi účinkami na kogníciu. Zistenia sú obzvlášť znepokojujúce vzhľadom na krátke časové obdobie expozície – len tri dni – potrebné na preukázanie týchto účinkov.
Výskum tiež zdôrazňuje dôležitosť skúmania synergických efektov rôznych typov mikroplastov, keďže v reálnom prostredí sú organizmy vystavené komplexným zmesiam plastových materiálov. Potrebný je ďalší výskum na pochopenie dlhodobých účinkov chronickej expozície, mechanizmov, ktorými mikroplasty ovplyvňujú nervový systém, a potenciálnych prahových hodnôt pre bezpečné úrovne expozície.
Táto štúdia pridáva ďalší dôvod k naliehavej potrebe riešiť globálnu krízu plastového znečistenia a zvážiť jeho vplyv nielen na morské prostredie, ale aj na terestrické ekosystémy a kľúčové druhy, akými sú včely medonosné.