Velká Británie
Vědci se předhánějí ve studiu drobných plastových zrníček, která se nacházejí v mořských živočiších – a v nás.
Dunzhu Li, vědec, zabývající se životním prostředím si každý den ohříval oběd v mikrovlnné troubě v plastové nádobě. Přestal s tím, když se svými kolegy učinil znepokojující objev: plastové nádoby na jídlo vypouštějí do horké vody obrovské množství drobných zrníček – tzv. mikroplastů. „Byli jsme šokováni,“ říká Li. Konvice a kojenecké láhve také vylučují mikroplasty, uvedl Li a další výzkumníci z Trinity College v Dublinu loni v říjnu. Pokud rodiče připravují kojeneckou výživu tak, že ji protřepávají v horké vodě uvnitř plastové láhve, může jejich dítě nakonec každý den spolknout více než milion částic mikroplastů.
Li a další vědci zatím nevědí, zda je to nebezpečné. Každý z nás jí a vdechuje písek a prach a není jasné, zda nám další strava plná plastových smítek uškodí. „Většina toho, co spolknete, projde přímo střevem a vyjde druhým koncem,“ říká Tamara Gallowayová, ekotoxikoložka z Exeterské univerzity ve Velké Británii. „Myslím však, že lze říci, že potenciální riziko může být vysoké,“ říká Li a pečlivě volí slova.
Vědci se potenciální škodlivosti mikroplastů obávají již téměř 20 let – i když většina studií se zaměřuje na rizika pro mořské živočichy. Richard Thompson, mořský ekolog z Plymouthské univerzity ve Velké Británii, zavedl tento termín v roce 2004 pro označení plastových částic menších než 5 milimetrů poté, co je jeho tým objevil na britských plážích. Od té doby se vědci setkávají s mikroplasty všude, kam se podívají: v hlubokých oceánech, v arktickém sněhu a antarktickém ledu, v měkkýších, kuchyňské soli, pitné vodě a pivu, a také se vznášejí ve vzduchu nebo padají s deštěm nad horami a městy. Úplný rozklad těchto drobných kousků může trvat desítky let i déle. „Je téměř jisté, že určitá úroveň expozice existuje téměř u všech druhů,“ říká Galloway.
První výzkumy mikroplastů se zaměřovaly na mikroperličky, které se nacházejí v produktech osobní hygieny, a na pelety z plastu, které mohou uniknout předtím, než jsou zformovány do předmětů. Zájem je věnován také úlomkům, které se pomalu uvolňují z vyhozených lahví a dalších plastových odpadků. To vše se vyplavuje do řek a oceánů: v roce 2015 oceánografové odhadli, že v povrchových vodách po celém světě plave 15 až 51 bilionů mikroplastových částic. Od té doby byly identifikovány i další zdroje mikroplastů: například plastová smítka z pneumatik automobilů na silnicích a syntetická mikrovlákna vylučovaná z oblečení. Částice jsou roznášeny mezi mořem a pevninou, takže lidé mohou vdechovat nebo jíst plasty z jakéhokoli zdroje.
Z omezených průzkumů mikroplastů ve vzduchu, vodě, soli a mořských plodech vyplývá, že děti a dospělí mohou denně pozřít od desítek až po více než 100 000 mikroplastových smítek, uvedl letos v březnu Albert Koelmans, environmentální vědec z nizozemské Wageningenské univerzity. On a jeho kolegové se domnívají, že v nejhorších případech mohou lidé ročně pozřít mikroplasty o hmotnosti kreditní karty.
Regulační orgány činí první krok k vyčíslení rizika pro zdraví lidí – měří expozici. Letos v červenci se kalifornská Státní rada pro kontrolu vodních zdrojů, pobočka státní agentury pro ochranu životního prostředí, stane prvním regulačním orgánem na světě, který oznámí standardní metody pro kvantifikaci koncentrace mikroplastů v pitné vodě s cílem monitorovat vodu v průběhu příštích čtyř let a veřejně informovat o výsledcích.
Vyhodnocení účinků drobných plastových smítek na lidi nebo zvířata je druhou polovinou skládačky. To se snadněji řekne, než udělá. Více než 100 laboratorních studií vystavilo živočichy, většinou vodní organismy, mikroplastům. Jejich závěry – že expozice může vést u některých organismů k méně efektivnímu rozmnožování nebo k fyzickému poškození – je však obtížné interpretovat, protože mikroplasty mají mnoho tvarů, velikostí a chemických složení a v mnoha studiích byly použity materiály, které se zcela lišily od těch, které se vyskytují v životním prostředí.
Nejmenší smítka, tzv. nanoplasty – menší než 1 mikrometr – dělají vědcům největší starosti. Některé z nich mohou pronikat do buněk a potenciálně narušovat jejich činnost. Většina těchto částic je však příliš malá na to, aby je vědci vůbec viděli; nebyly například započítány do Koelmansových odhadů stravy a Kalifornie se je nebude snažit monitorovat.
Jedno je jasné: problém se bude jen prohlubovat. Ročně se vyprodukuje téměř 400 milionů tun plastů, přičemž se předpokládá, že do roku 2050 se toto množství více než zdvojnásobí. I kdyby se zítra zázračně zastavila veškerá výroba plastů, stávající plasty na skládkách a v životním prostředí – jejichž množství se odhaduje na zhruba 5 miliard tun – by se nadále rozkládaly na drobné úlomky, které není možné sebrat ani vyčistit, a neustále by se tak zvyšovalo množství mikroplastů. Koelmans to nazývá „plastovou časovanou bombou“.
„Pokud se mě ptáte na rizika, dnes už se jich tolik nebojím,“ říká. „Ale trochu se obávám budoucnosti, pokud nic neuděláme.“
Způsoby poškození
Vědci mají několik teorií o tom, jak mohou plastová smítka škodit. Pokud jsou dostatečně malá na to, aby se dostala do buněk nebo tkání, mohou dráždit už jen tím, že jsou cizorodá – jako v případě dlouhých tenkých vláken azbestu, která mohou zanítit plicní tkáň a vést k rakovině. Existuje potenciální paralela se znečištěním ovzduší: je známo, že saze z elektráren, výfukových plynů vozidel a lesních požárů, nazývané PM10 a PM2,5 – pevné částice o průměru 10 µm a 2,5 µm – se usazují v dýchacích cestách a plicích a jejich vysoké koncentrace mohou poškodit dýchací ústrojí. Přesto jsou hodnoty PM10 tisíckrát vyšší než koncentrace, při kterých byly mikroplasty v ovzduší nalezeny, poznamenává Koelmans.
U větších mikroplastů je pravděpodobnější, že pokud budou mít negativní účinky, bude to prostřednictvím chemické toxicity. Výrobci do plastů přidávají sloučeniny, jako jsou změkčovadla, stabilizátory a pigmenty, a mnohé z těchto látek jsou nebezpečné – například narušují endokrinní (hormonální) systémy. Zda požití mikroplastů významně zvyšuje naši expozici těmto chemikáliím, však závisí na tom, jak rychle se z plastových smítek uvolňují a jak rychle smítka putují naším tělem – což jsou faktory, které vědci teprve začínají zkoumat.
Další myšlenkou je, že mikroplasty v životním prostředí mohou přitahovat chemické znečišťující látky a následně je přenášet do živočichů, kteří kontaminovaná smítka konzumují. Zvířata však stejně přijímají znečišťující látky z potravy a vody, a je dokonce možné, že plastová smítka, pokud jsou po požití z velké části nekontaminovaná, by mohla pomoci odstranit znečišťující látky ze zvířecích útrob. Vědci se stále nemohou shodnout na tom, zda mikroplasty nesoucí znečišťující látky představují významný problém, říká Jennifer Lynchová, mořská bioložka z amerického Národního institutu pro standardy a technologie v Gaithersburgu ve státě Maryland.
Snad nejjednodušší způsob poškození – alespoň pokud jde o mořské organismy – by mohl spočívat v tom, že organismy spolknou plastová zrnka bez výživné hodnoty a nesežerou dostatek potravy, aby přežily. Lynchová, která rovněž vede Centrum pro výzkum mořského odpadu na Havajské pacifické univerzitě v Honolulu, provedla pitvu mořských želv, které byly nalezeny mrtvé na plážích, a zkoumala plasty v jejich vnitřnostech a chemické látky v jejich tkáních. V roce 2020 její tým dokončil soubor analýz devíti vylíhlých želv ostralek, které byly mladší tří týdnů. Jedno vylíhlé mládě, dlouhé pouhých 9 cm, mělo v trávicím traktu 42 kusů plastů. Většina z nich byly mikroplasty.
„Nevěříme, že by některý z nich zemřel právě na plasty,“ říká Lynchová. Přemýšlí však o tom, zda se mláďata nevylíhla rychleji, než bylo třeba. „Je to pro ně velmi náročná životní etapa.“
Mořské studie
Vědci se nejvíce zabývají riziky mikroplastů pro mořské organismy. Například zooplankton, který patří mezi nejmenší mořské organismy, roste v přítomnosti mikroplastů pomaleji a hůře se rozmnožuje, říká Penelope Lindequeová, mořská bioložka z Plymouth Marine Laboratory ve Velké Británii: vajíčka živočichů jsou menší a mají menší šanci se vylíhnout. Její experimenty ukazují, že problémy s rozmnožováním pramení z toho, že zooplankton nepřijímá dostatek potravy.
Protože však ekotoxikologové začali provádět pokusy dříve, než věděli, jaké druhy mikroplastů se ve vodním prostředí vyskytují, byli do značné míry závislí na vyrobených materiálech, obvykle používali polystyrenové kuličky menších rozměrů a v mnohem vyšších koncentracích, než jaké byly zjištěny průzkumy.
Vědci začali přecházet na ekologicky realističtější podmínky a místo kuliček používají nyní vlákna nebo fragmenty plastů. Někteří začali testovací materiály pokrývat chemickými látkami, které napodobují biofilmy, což zřejmě zvyšuje pravděpodobnost, že zvířata budou mikroplasty konzumovat.
Zdá se, že zvláštní problém představují vlákna. V porovnání s kuličkami trvá vláknům déle, než projdou zooplanktonem, říká Lindeque. V roce 2017 australští vědci uvedli, že zooplankton vystavený mikroplastovým vláknům produkuje polovinu obvyklého počtu larev a že výslední dospělci jsou menší. Vlákna sice nebyla pozřena, ale výzkumníci si všimli, že brání plavání, a identifikovali deformace na tělech organismů. Jiná studie z roku 2019 zjistila, že dospělí pacifičtí krabi moli (Emerita analoga) vystavení vláknům žijí kratší dobu.
Většina laboratorních studií vystavuje organismy jednomu typu mikroplastů určité velikosti, polymeru a tvaru. V přírodním prostředí jsou organismy vystaveny směsi různých mikroplastů, říká Koelmans. V roce 2019 spolu se svou doktorandkou Merel Kooiovou vykreslili množství mikroplastů zaznamenané v 11 průzkumech oceánů, řek a sedimentů, aby vytvořili modely směsí ve vodním prostředí.
V loňském roce se oba spojili s kolegy, aby tento model použili v počítačových simulacích, které předpovídají, jak často se ryby setkají s mikroplasty dostatečně malými na to, aby je mohly sníst, a jaká je pravděpodobnost, že sní dostatečné množství smítek, které ovlivní jejich růst. Vědci zjistili, že při současné úrovni znečištění mikroplasty hrozí rybám toto riziko u 1,5 % lokalit, kde se mikroplasty kontrolují. Je však pravděpodobné, že existují ohniska, kde by toto riziko bylo vyšší, říká Koelmans. Jednou z možností jsou mořské hlubiny: jakmile se tam mikroplasty dostanou a jsou následně pohřbeny v sedimentech, je nepravděpodobné, že by se dostaly jinam, a neexistuje způsob, jak je vyčistit.
Oceány již nyní čelí mnoha stresovým faktorům, a proto se Lindeque obává spíše toho, že mikroplasty ještě více vyčerpají populace zooplanktonu, než toho, že se přenesou nahoru v potravním řetězci a dostanou se k lidem. „Pokud vyřadíme něco jako zooplankton, základ našeho mořského potravního řetězce, můžeme očekávat významný dopad na populace ryb a schopnost nasytit světovou populaci.“
Studie na lidech
Žádná publikovaná studie se zatím přímo nezabývala účinky plastových smítek na člověka, tvrdí přední vědci. Jediné dostupné studie se opírají o laboratorní experimenty, při nichž jsou buňky nebo lidské tkáně vystaveny mikroplastům, nebo využívají zvířata, jako jsou myši nebo potkani. V jedné studii se například u myší krmených velkým množstvím mikroplastů projevil zánět v tenkém střevě. Myši vystavené mikroplastům měly ve dvou studiích snížený počet spermií a méně a menších mláďat ve srovnání s kontrolními skupinami. Některé studie in vitro na lidských buňkách nebo tkáních rovněž naznačují toxicitu. Stejně jako v případě studií na moři však není jasné, zda použité koncentrace odpovídají tomu, čemu jsou vystaveny myši – nebo lidé. Ve většině studií byly také použity polystyrenové kuličky, které nereprezentují rozmanitost mikroplastů, které lidé požívají. Koelmans také upozorňuje, že tyto studie jsou jedny z prvních svého druhu a mohly by skončit jako zastaralé, až bude k dispozici ustálený soubor nových důkazů. Studií in vitro je více než studií na zvířatech, ale vědci tvrdí, že stále nevědí, jak extrapolovat účinky pevných plastových smítek na tkáně na možné zdravotní problémy celých zvířat.
Jednou z otázek týkajících se rizika je, zda mikroplasty mohou zůstat v lidském těle a potenciálně se hromadit v některých tkáních. Studie na myších zjistily, že mikroplasty o průměru kolem 5 µm mohou zůstat ve střevech nebo se dostat do jater. Na základě velmi omezených údajů o tom, jak rychle myši mikroplasty vylučují, a za předpokladu, že by se do těla střevem vstřebal pouze zlomek částic o velikosti 1-10 µm, Koelmans a jeho kolegové odhadují, že člověk by mohl v těle za svůj život nashromáždit několik tisíc částic mikroplastů.
Někteří vědci začali zkoumat, zda se mikroplasty mohou nacházet v lidských tkáních. V prosinci to poprvé zdokumentoval tým, který zkoumal šest placent. Výzkumníci tkáň rozkládali pomocí chemických látek, poté zkoumali, co z ní zbylo, a nakonec zjistili, že ve čtyřech z těchto placent bylo 12 částic mikroplastů. Přesto není vyloučeno, že tyto částečky vznikly v důsledku kontaminace při odběru nebo analýze placent, říká Rolf Halden, inženýr pro životní prostředí a zdraví z Arizonské státní univerzity v Tempe – i když chválí výzkumníky za jejich snahu zabránit kontaminaci, která zahrnovala udržování porodních oddělení bez plastových předmětů, a za to, že prokázali, že kontrolní soubor prázdných materiálů odebraných při stejné analýze vzorků nebyl kontaminován. „Stále zůstává problémem přesvědčivě prokázat, že daná částice skutečně pochází z tkáně,“ říká.
Ti, kteří se obávají vystavení mikroplastům, ho mohou snížit, říká Li. Při své práci na kuchyňském nádobí zjistil, že množství vyvrženého plastu velmi závisí na teplotě – proto přestal ohřívat jídlo v plastových nádobách v mikrovlnné troubě. Pro snížení problémů s kojeneckými lahvemi jeho tým navrhuje, aby rodiče mohli sterilizované lahve oplachovat studenou vodou, která byla převařena v neplastových konvicích, aby se tak smyly všechny mikroplasty uvolněné během sterilizace. Mohou připravovat kojeneckou výživu ve skleněných nádobách a plnit kojenecké láhve až po vychladnutí mléka. Tým nyní nabírá rodiče, kteří by dobrovolně poskytli vzorky moči a stolice svých dětí pro analýzu mikroplastů.
Nano frakce
Částice, které jsou dostatečně malé na to, aby pronikly do tkání nebo dokonce buněk a zdržovaly se v nich, jsou nejznepokojivějším problémem a zasluhují si větší pozornost při odběru vzorků z životního prostředí, říká Halden. Například jedna studie, která záměrně nechala březí myši vdechovat extrémně malé částice, později zjistila, že částice se nacházejí téměř ve všech orgánech jejich plodů. „Z hlediska rizika znepokojivá informace, a potřebujeme co nejvíce údajů.“
Aby částice pronikly do buněk, musí být obecně menší než několik set nanometrů. Až do roku 2018, kdy francouzští vědci navrhli horní hranici velikosti nanoplastu 1 µm – dostatečně malou na to, aby zůstala rozptýlená ve vodním sloupci, kde ji organismy mohou snáze absorbovat, místo aby se potopila nebo plavala jako větší mikroplasty, neexistovala žádná formální definice. Říká Alexandra ter Halle, analytická chemička z Univerzity Paula Sabatiera ve francouzském Toulouse.
Vědci však o nanoplastech nevědí téměř nic; jsou neviditelné a nelze je jednoduše nabrat. Už jen jejich měření vědce překvapilo.
Vědci mohou pomocí optických mikroskopů a spektrometrů – které rozlišují částice podle jejich rozdílné interakce se světlem – měřit délku, šířku a chemické složení plastových částic až do velikosti několika mikrometrů. Pod touto hranicí je obtížné plastové částice odlišit od neplastových částic, jako jsou mořské sedimenty nebo biologické buňky. „Hledáte jehlu v kupce sena, ale ta jehla vypadá jako seno,“ říká Roman Lehner, vědec zabývající se nanomateriály ve švýcarské neziskové výzkumné skupině Sail and Explore Association.
V roce 2017 ter Halle a její kolegové poprvé prokázali, že nanoplasty existují v environmentálním vzorku: mořské vodě odebrané z Atlantického oceánu. Z vody extrahovali pevné koloidní látky, odfiltrovali všechny částice větší než 1 µm, a to, co zůstalo, spálili a pomocí hmotnostního spektrometru – který fragmentuje molekuly a třídí fragmenty podle molekulové hmotnosti – potvrdili, že ve zbytcích existovaly polymery plastů.
To však neposkytlo žádné informace o přesné velikosti nebo tvaru nanoplastů. Ter Halleová získala určitou představu studiem povrchu dvou degradovaných plastových nádob, které během expedice nasbírala. Zjistila, že horních několik set mikrometrů se stalo krystalickými a křehkými; domnívá se, že to může platit i pro nanoplasty, které se z těchto povrchů pravděpodobně odlomily. Protože vědci zatím nemohou nanoplasty sbírat z životního prostředí, ti, kteří provádějí laboratorní studie, rozmělňují vlastní plasty a očekávají, že získají podobné částice.
Použití podomácku vyrobených nanoplastů má jednu výhodu: výzkumníci mohou do testovaných organismů zavést značky, které jim pomohou sledovat částice. Lehner a jeho kolegové připravili fluorescenční nanočástice plastu a umístili je pod tkáň vytvořenou z buněk lidské střevní výstelky. Buňky sice částice absorbovaly, ale nevykazovaly známky cytotoxicity.
Nalezení plastových částeček usazených v neporušených řezech tkáně – například prostřednictvím biopsie – a pozorování případných patologických účinků by bylo posledním dílkem skládačky ohledně rizika mikroplastů, říká Lehner. To by bylo „velmi žádoucí“, říká Halden. Aby se však částice dostaly do tkání, musely by být velmi malé, takže podle obou vědců by bylo velmi obtížné je přesvědčivě detekovat.
Shromáždění všech těchto údajů zabere hodně času. Ter Halle spolupracuje s ekology na kvantifikaci příjmu mikroplastů ve volné přírodě. Analýza pouze částic větších než 700 µm v přibližně 800 vzorcích hmyzu a ryb zabrala tisíce hodin. Vědci nyní zkoumají částice o velikosti 25-700 µm. „Je to obtížné a zdlouhavé a bude to trvat dlouho, než získáme výsledky,“ říká. Dodává, že zkoumat menší velikostní rozmezí „znamená exponenciální úsilí“.
Není čas ztrácet čas
Vědci se domnívají, že množství mikroplastů a nanoplastů v životním prostředí je prozatím příliš nízké na to, aby ovlivnilo lidské zdraví. Jejich počet se však bude zvyšovat. V září loňského roku vědci předpověděli , že množství plastů, které se každoročně přidává ke stávajícímu odpadu – ať už pečlivě ukládanému na uzavřené skládky, nebo rozházenému po souši a moři – by se mohlo více než zdvojnásobit ze 188 milionů tun v roce 2016 na 380 milionů tun v roce 2040. Vědci odhadují, že do té doby by přibližně 10 milionů tun z tohoto množství mohlo být ve formě mikroplastů – tento výpočet nezahrnuje částice, které se neustále uvolňují ze stávajícího odpadu.
Podle Winnie Lauové z Pew Charitable Trusts ve Washingtonu, která je první autorkou studie, je možné část plastového odpadu omezit. Výzkumníci zjistili, že pokud by se v roce 2020 přijala všechna osvědčená řešení k omezení znečištění plasty a co nejrychleji se rozšířila – včetně přechodu na systémy opakovaného použití, zavádění alternativních materiálů a recyklace plastů -, mohlo by množství přidávaného plastového odpadu do roku 2040 klesnout na 140 milionů tun ročně.
Zdaleka největší přínos by však přineslo omezení plastů, které se použijí pouze jednou a vyhodí se. „Nemá smysl vyrábět věci, které vydrží 500 let, a pak je používat 20 minut,“ říká Galloway. „Je to naprosto neudržitelný způsob existence.“
