Anthropogene Mikropartikel im Smaragd-Kabeljau Trematomus bernacchii (Nototheniidae) aus der Antarktis

Jul 23, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 17214 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Anthropogene Mikropartikel (AMs) wurden erstmals in Proben von Trematomus bernacchii gefunden, die 1998 im Rossmeer (Antarktis) gesammelt und in der Antarctic Environmental Specimen Bank gelagert wurden. Bei den meisten identifizierten AMs handelte es sich um Fasern natürlichen und synthetischen Ursprungs. Die natürlichen AMs waren Zellulose, die synthetischen waren Polyester, Polypropylen, Polypropylen/Polyester und Zelluloseacetat. Das Vorhandensein von Farbstoffen in den natürlichen AMs weist auf deren anthropogenen Ursprung hin. Mittels Raman-Spektroskopie wurden fünf Industriefarbstoffe identifiziert, wobei Indigo in den meisten von ihnen (55 %) vorkam. Unsere Forschung ergänzt nicht nur das aktuelle Wissen über die Verschmutzungsgrade im antarktischen Ökosystem um weitere Daten, sondern liefert auch eine interessante Momentaufnahme der Vergangenheit und verdeutlicht, dass Mikroplastik und anthropogene Faserverschmutzung bereits Ende der 1990er-Jahre in das marine Nahrungsnetz der Antarktis gelangt waren S. Diese Erkenntnisse bilden somit die Grundlage für das Verständnis der Veränderungen der Meeresmüllverschmutzung im Laufe der Zeit.

Eine der allgegenwärtigsten und nachhaltigsten Veränderungen auf der Oberfläche der Ozeane unseres Planeten im letzten halben Jahrhundert war die Ansammlung und Fragmentierung von Plastik1. Mikroplastik (MPs) sind Kunststoffpartikel, die kleiner als 5 mm sind und als kleine Partikel hergestellt werden oder durch die Fragmentierung größerer Kunststoffartikel entstehen2. Die Meeresverschmutzung ist auf der ganzen Welt und in den globalen Meeresökosystemen weit verbreitet, von den Tropen bis zu den Polen, einschließlich des Südlichen Ozeans3,4. Trotz ihrer allgegenwärtigen Präsenz gibt es relativ wenige Berichte über MPs in Polarregionen und insbesondere im Südpolarmeer5.

Der antarktische Kontinent und die umliegenden Gewässer werden seit etwa zwei Jahrhunderten von menschlichen Aktivitäten beeinflusst6. In den meisten Teilen des Kontinents führten die Auswirkungen der wissenschaftlichen Aktivitäten, der Fischerei und des Tourismus zu unterschiedlichen Arten von Umweltverschmutzung, einschließlich Plastikverschmutzung7. Darüber hinaus sind terrestrische und marine Lebensräume in der Nähe bestehender oder verlassener wissenschaftlicher Stützpunkte in der Antarktis von örtlicher Kontamination betroffen8.

Die ältesten Berichte über das Vorkommen von Plastikmüll in antarktischen Gewässern und Vögeln stammen aus den 80er Jahren9,10. Die ersten Aufzeichnungen über die Aufnahme von MP durch Seevögel stammen aus dem Südpolarmeer, als die Prionen Pachyptila spp. 1960 wurde festgestellt, dass sie Plastik enthielten11. Nachfolgende Studien, die nach zwanzig Jahren auf Meereis durchgeführt wurden (2009), haben das Vorhandensein von 14 verschiedenen Polymeren hervorgehoben, hauptsächlich Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) und Polyamid (PA)12 (Tabelle 1). ). Einige Studien, die zwischen 2010 und 2017 durchgeführt wurden, berichteten über das Vorhandensein von Kunststoffpolymeren auch im Meerwasser und in Sedimenten, wie in Tabelle 1 zusammengefasst.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass antarktischer Krill eine biologische Fragmentierung von Polystyrol (PS)-Mikrokügelchen in Nanoplastik (NPs, < 1 µm) bewirken kann13,14 und dies könnte mit der Ausbreitung von MPs und NPs in Meeresökosystemen und den möglichen Auswirkungen darauf zusammenhängen Antarktische Nahrungsketten15.

Muscheln und Schnecken wiesen die höchste MP-Kontamination unter den benthischen Wirbellosen der Antarktis auf, vergleichbar mit den Werten, die für andere, weniger abgelegene Gebiete gemeldet wurden16. Die Aufnahme von MPs wurde auch bei pelagischen Amphipoden beobachtet, die in antarktischen Oberflächengewässern leben17 (Tabelle 2).

Kürzlich erschienene Artikel berichteten über das Vorhandensein von MPs (PE, PP, PA, Polytetrafluorethylen (PFTE), Polyacrylnitril (PAN) und Nylon) in Kot verschiedener Pinguinarten, darunter Pygoscelis papua, P. adeliae, P. antarcticus und Aptenodytes patagonicus18. 19,20.

Das Gebiet südlich des 60. südlichen Breitengrads unterliegt dem Antarktisvertragssystem (ATS) und für Umweltfragen dem Umweltschutzprotokoll zum Antarktisvertrag, das 1991 in Kraft trat. Dieses Protokoll enthält spezifische Anhänge zur Abfallentsorgung und Abfallwirtschaft (Anhang III) und zur Verhütung der Meeresverschmutzung (Anhang IV). Darüber hinaus gilt das antarktische Gebiet als „Sondergebiet“ und unterliegt dem IMO-MARPOL-Übereinkommen zur Verhütung der Meeresverschmutzung durch Schiffe21; Gemäß Anhang V ist die absichtliche Freisetzung von Kunststoffabfällen von Schiffen (z. B. Kunststoffseilen, Fischernetzen und Plastiktüten) und anderen Abfällen verboten. Aufgrund der zunehmenden Hinweise auf Plastikverschmutzung in der Antarktis hat das Wissenschaftliche Komitee für Antarktisforschung (SCAR) kürzlich eine Aktionsgruppe zur Plastikverschmutzung im Südpolarmeer ins Leben gerufen22, und im Jahr 2019 verabschiedete das Antarktisvertragssystem die Resolution „Reduzierung der Plastikverschmutzung in.“ Antarktis und Südlicher Ozean“. In diesem Dokument wird empfohlen, Körperpflegeprodukte aus Kunststoff zu eliminieren, Informationen zu identifizieren und auszutauschen, um die Freisetzung von MPs aus Abwassersystemen zu reduzieren, die Überwachung der Kunststoffverschmutzung in der Antarktis zu unterstützen und schließlich die MPs-Thematik in die Anhänge III und IV des Protokolls aufzunehmen Umweltschutz zum Antarktisvertrag.

Trotz der erheblichen Bemühungen, den Grad der Plastikverschmutzung rund um die Antarktis zu überwachen und zu bewerten, sind das Ausmaß, die Menge und die Auswirkungen von MPs auf die Meeresumwelt dieses besonderen Gebiets weitgehend unbekannt. Es gibt nur wenige Studien zum Zustand der Meeresverschmutzung auf dem antarktischen Kontinent zu Beginn dieses Phänomens. Daher wäre es von entscheidender Bedeutung, Licht auf seinen Ursprung und seine Veränderungen im Laufe der Jahrzehnte zu werfen. Erst kürzlich ergab eine Studie über antarktischen Schnee, dass es eine Mikroplastikverschmutzung gibt, die mit der Arbeit von Forschern an der antarktischen Mc Murdo-Station in Zusammenhang steht23.

Der smaragdgrüne Felsendorsch Trematomus bernacchii (Boulenger, 1902), auch bekannt als smaragdgrüner Notothen, ist eine Meeresfischart aus der Familie der Nototheniidae und kommt in den flachen Gewässern der hochantarktischen Zone sehr häufig vor24. Sie ist im Südpolarmeer beheimatet und ist dort eine kommerziell wichtige Art25. T. bernacchii lebt in sehr flachen Gewässern bis zu einer Tiefe von 700 m und ist an das Leben bei extrem niedrigen Temperaturen angepasst. Es handelt sich um einen generalisierten Futternapf mit einer großen Nischenbreite, der fast ausschließlich aus benthischen Organismen (hauptsächlich infaunale und epifaunale Polychaeten, Amphipoden und Weichtiere) und kleinen Fischen besteht. T. bernacchii kann als opportunistischer Fresser angesehen werden, da er seine üblichen Ernährungsgewohnheiten ändert, um verschiedene saisonal reichlich vorhandene Nahrungsressourcen (Zooplankton) zu nutzen26. Notothenioide spielen wie T. bernacchii eine Schlüsselrolle im hochantarktischen Nahrungsnetz des Rossmeeres, da sie die Verbindung zwischen oberen und unteren trophischen Ebenen darstellen und zur Dynamik und Stabilität des Meeressystems beitragen27.

In dieser Arbeit wurden das Vorhandensein und die Zusammensetzung anthropogener Mikropartikel (im Folgenden AMs) im smaragdgrünen Felsendorsch untersucht, mit dem Ziel herauszufinden, ob diese Art der Verschmutzung bereits vor vielen Jahrzehnten existierte. Dies war möglich, weil Exemplare von T. bernacchii seit Ende der 90er Jahre im Rahmen der Aktivitäten der Antarctic Environmental Specimen Bank28 (BCAA) und des Italian National Antarctic Museum (MNA) systematisch gesammelt und anschließend ordnungsgemäß gelagert wurden, um ihre Integrität zu bewahren. Exemplare von T. bernacchii, die 1998 in der antarktischen Küstenumgebung der Terra Nova Bay (Rossmeer, Antarktis) gesammelt wurden (die ältesten verfügbaren Proben, die in der BCAA gelagert wurden), lieferten eine interessante Momentaufnahme der MP-Verschmutzung in dieser Zeit. In dieser Studie wurde die Mikro-Raman-Spektroskopie zur Identifizierung der chemischen Zusammensetzung der Mikropartikel verwendet, da sie zu den leistungsstärksten Techniken zur Erkennung und Identifizierung mariner Mikropartikel und damit verbundener chemischer anthropogener Zusatzstoffe sowie zur Unterscheidung zwischen natürlichen und synthetischen Partikeln gehört29 ,30,31.

Die Studie umfasste acht erwachsene Exemplare von T. bernacchii; die Länge lag zwischen 215 und 275 mm und das Gewicht zwischen 165 und 319 g (Tabelle 3). Sechs Proben waren positiv für AMs (75 %), insgesamt wurden 37 Partikel (Größenbereich 0,4–4,2 mm) im Gastrointestinaltrakt nachgewiesen, die hauptsächlich zu großen AMs (63 %; Größenbereich 1,1–4,2 mm) und kleinen AMs gehörten ( 37 %; Größenbereich 0,4–0,9 mm).

Davon waren 35 (95 %) Fasern und 2 (5 %) Fragmente. Es wurden keine Kunststoffpellets, -schäume oder -kugeln gefunden. Blaue Partikel waren am häufigsten (32 %), gefolgt von weiß/transparent (27 %), schwarz (24 %), rot (8 %), grün (3 %), violett (3 %) und gelb (3 %). (Abb. 1).

Ausgewählter Satz anthropogener Mikropartikel (AMs), isoliert aus dem Magen-Darm-Trakt (GIT) von Trematomus bernacchii-Proben, die 1998 in der Antarktis (Terra Nova Bay, Rossmeer) gefangen und von der Antarctic Environmental Specimen Bank bereitgestellt wurden. AMs wurden durch Analyse der mittels Mikro-Raman-Spektroskopie gemessenen Spektren (Panels A.1, B.1, C.1, D.1) nach Bildaufnahme mit einem optischen Stereomikroskop (4x, Leica M205C; Panels A.) identifiziert. 2, B.2, C.2, D.2, Maßstabsverhältnis für Panel B.2 und D.2 wie in Panel A.2) und eine konfokale Raman-Mikroskopie (50\(\times\), Olympus BX41; Panels (A.3, B.3, C.3, D.3), Maßstabsverhältnis für alle in Tafel (A.3) angegebenen Tafeln. Die 50-fache Vergrößerung ermöglicht es uns, Folgendes zu erkennen: die starre Stabfaser aus Polyester (B .3); die Textur des Baumwollstoffs (C.3); die flachen und leicht gedrehten Bänder aus Zellulosefasern (D.3). Untere Felder: Verteilungsprozentsatz der Farbe (%) (Feld E), Zusammensetzung (Feld F ) und Farbstofftyp (Panel G) für alle identifizierten AMs, die von Trematomus bernacchii aufgenommen wurden.

Die identifizierten Mikropartikel (n = 20; 57 %) waren natürlichen und synthetischen Ursprungs, auf Basis der identifizierten AMs betrug der Häufigkeitswert 3,3 Artikel/Probe; während fünfzehn Mikropartikel nicht identifiziert wurden, da die Fluoreszenz ihr Raman-Signal überschattete.

Der Fund von AMs im Magen-Darm-Trakt von T. bernacchii könnte mit seinen Ernährungsgewohnheiten und seiner starken Beziehung zum Meeresboden zusammenhängen, was auch für andere benthische Fische vermutet wird32,33,34. Mehrere Studien im Mittelmeer haben nichtplastische Fasern, hauptsächlich auf Zellulosebasis, in verschiedenen bodenfressenden Arten gefunden35,36. AMs können versehentlich während der Fütterungsaktivität oder durch sekundäre Einnahme aufgenommen werden. T. bernacchii ist ein generalisiertes Raubtier37 mit einem breiten Nahrungsangebot26 und kann auch als opportunistischer Fresser betrachtet werden, der gelegentlich vertikale Wanderungen durchführt, um lokal und saisonal reichlich vorhandene planktonische Beute zu erbeuten26. Vor diesem Hintergrund kann T. bernacchii die AMs auch entlang der Wassersäule aufnehmen.

Da es sich bei dieser Studie um die erste Untersuchung antarktischer Fischarten handelt, konnten wir nur Vergleiche mit neueren Studien zu Meerwasser, Sedimenten und benthischen Organismen aus demselben Untersuchungsgebiet anstellen.

Mikrofasern waren die häufigsten Mikropartikel in Sedimenten in der Nähe der italienischen Station „Mario Zucchelli“ (MZS)38 und in den Gewässern in der Nähe der Kläranlage der MZS39 sowie in Pinguinen anderer antarktischer Gebiete18,20.

Fische können für Meeresräuber wie Robben40 und Pinguine in subantarktischen Gebieten19 eine indirekte Quelle der Mikrofaserkontamination sein (21,9 Artikel/g Kot).

Die identifizierten Mikropartikel natürlichen Ursprungs waren Zellulose (n = 14; 70 %). Eines der Fragmente zeigte die typische Textur des Stoffes (siehe Abb. 1, Tafel C.3). Baumwolle war der am häufigsten vorkommende Artikel (45 %), gefolgt von Zellulose (18 %). Es wurde festgestellt, dass die meisten Mikrofasern auf Zellulosebasis gefärbt sind, was ihren künstlichen (anthropogenen) Ursprung bestätigt.

Unter allen untersuchten Mikrofasern wurde der Industriefarbstoff durch Raman-Spektroskopie in 11 Artikeln identifiziert: Indigo, Cromophtal Violet B, Drimaren Navy Bue R-2RL, Vine Black Dye und Sirius Light Green, wobei Indigo in den meisten von ihnen vorkam (55 %). . Die Raman-Spektren ausgewählter identifizierter Objekte sind in Abb. 1 dargestellt.

In Übereinstimmung mit unseren Ergebnissen bestanden die meisten Fasern (~ 88 %), die in den Kotproben der Königspinguine in Südgeorgien gefunden wurden, aus natürlichen Zellulosematerialien (Baumwolle, Leinen), mit nur wenigen synthetischen Fasern19 (PES, PP und Acryl).

Textilien sind die wichtigste Umweltquelle für Mikrofasern41,42. Die synthetischen Textilien sind für die Einleitung von etwa 0,5 Millionen Tonnen MP pro Jahr ins Meer verantwortlich43.

Künstliche Zellulosefasern in Verbindung mit Farbstoffen oder Zusatzstoffen könnten möglicherweise schädlich für Meeresorganismen sein35,44,45, tatsächlich werden die industriellen Farbstoffe in der Industrie mit mehreren Polymeren wie Zellulosefasern verwendet. Insbesondere wird Indigo zum Färben der Zellulosefasern von Blue Jeans, dem weltweit beliebtesten Kleidungsstück, verwendet46. Das Vorkommen von indigogefärbten Mikrofasern wurde kürzlich in den Meeresökosystemen dokumentiert47. Die „Blue Jeans“-Mikrofasern wurden als Indikator für die weit verbreitete Belastung durch anthropogene Verschmutzung in gemäßigten bis arktischen Regionen vorgeschlagen48. Darüber hinaus sind die Textilfarbstoffe sehr giftig und führen zu einer Schädigung der Umwelt49.

Die Textilfarbstoffe können die ästhetische Qualität von Gewässern beeinträchtigen, den biochemischen und chemischen Sauerstoffbedarf (BSB und CSB) erhöhen, die Photosynthese verändern und das Pflanzenwachstum verringern43. Textilfarbstoffe können in die Nahrungskette gelangen43, sich bioakkumulieren, biomagnifizieren50, Toxizität, Mutagenität und Karzinogenität fördern 51,52,53,54.

In ihrer jüngsten Übersicht über 202255 schlugen Athey und Erdle vor, dass die Häufigkeit natürlicher und halbsynthetischer Mikrofasern in der Meeresbiota möglicherweise unterschätzt wird55. Sie nennen verschiedene mögliche Ursachen für diese Unterbewertung. Die zur Isolierung von Mikrofasern verwendeten Methoden sind auf die Rückgewinnung und Identifizierung synthetischer Materialien ausgelegt. Einige Chemikalien, die zur Isolierung synthetischer Mikrofasern verwendet werden, können zur Zersetzung nichtsynthetischer Fasern führen. Mehrere Studien schließen natürliche und halbsynthetische Mikropartikel aus ihren Analysen aus4 mit der Annahme, dass nicht-plastische Fasern leicht biologisch abbaubar oder für die Meeresbiota ungefährlich sind56. Athey und Erdle weisen außerdem darauf hin, dass Naturfasern zwar schneller abgebaut werden können als synthetische Polymere, diese Fasern jedoch je nach Art der Faser und Umweltfaktoren jahrzehntelang in der Meeresumwelt verbleiben können55. Darüber hinaus führt der Abbau natürlicher und halbsynthetischer Fasern zur Freisetzung von an der Oberfläche adsorbierten Giftstoffen in die Umwelt56. Auch industrielle Textilfarben können die Haltbarkeit der Mikrofasern in der Umwelt verlängern55. Wir schlagen vor, dass dem experimentellen Nachweis von Farbstoffen in Naturfasern mehr Aufmerksamkeit gewidmet werden muss, da Farbstoffe Indikatoren für anthropogene Verarbeitung und potenzielle Ursachen für biologische Schäden sind. Die Wirkung natürlicher und halbsynthetischer Mikrofasern auf die Meeresbiota wird noch kaum untersucht und verdient besondere Aufmerksamkeit, insbesondere seitens der Polarforschungsgemeinschaft.

Die in dieser Studie berichteten synthetischen Mikropartikel waren Polyester (PES; 3), Polypropylen (PP; 1), Polypropylen/Polyester (1) und Celluloseacetat (1) (Abb. 1).

PES und PP waren auch die Hauptpolymere, die im Meerwasser neben der Kläranlage des MZS39 gefunden wurden. PP wurde auch in Sedimenten des Rossmeeres38 sowie in Meerwasser, Sedimenten und Meereis in anderen antarktischen Gebieten gefunden (Tabelle 1). Gemäß unseren Daten war PP20 eines der häufigsten Polymere bei Pinguinen auf der Antarktischen Halbinsel und in der Region Scotia Sea (Tabelle 2). Fische können als indirekte Quelle für Mikroplastikkontaminationen dienen, wenn sie von anderen Organismen gejagt werden. Die Hauptrisiken bestehen nicht nur in der Verbreitung von MPs entlang der Nahrungskette, die den Menschen erreicht, sondern vor allem in der Freisetzung gefährlicher Xenobiotika, die an den MPs anhaften57.

Derzeit befinden sich unterhalb von 60° S 76 wissenschaftliche Forschungsstationen, die 29 Nationen angehören; 31 % sind permanente Stationen, während 69 % der Stationen nur im Sommer aktiv sind.

Die Kläranlagen sind nur in der Hälfte der Forschungsstationen vorhanden (48 %). Dies ist beim MZS der Fall, das von Mitte Oktober bis Mitte Februar geöffnet ist. Durch konventionelle Abwasserbehandlung, einschließlich tertiärer Behandlungstechniken, können jedoch etwa 90 % der MPs entfernt werden58, und diese Situation kann sich in abgelegenen Gebieten verschärfen, in denen betriebliche Schwierigkeiten die Behandlungseffizienz beeinträchtigen können59. Die nicht zurückgehaltenen MPs können in einem weitgehend unveränderten Zustand in die küstennahe Meeresumwelt entlassen werden, nachdem sie Einrichtungen passiert haben. Ebenso lassen sich Textilfarbstoffe aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften60 (d. h. Stabilität und Beständigkeit gegenüber Licht oder Oxidationsmitteln) durch herkömmliche Abwasserbehandlungsverfahren nicht leicht entfernen. Basierend auf einer aktuellen Studie über den in der Antarktis gefallenen Schnee können Mikroplastik und anthropogene Faserverunreinigungen mit den antarktischen Forschungsstationen in Verbindung gebracht werden und stammen aus der polaren Kleidung und Ausrüstung23.

Dieses Papier liefert einen Schnappschuss aus der Vergangenheit über die AM-Aufnahme durch vor 24 Jahren gesammelte Exemplare von Smaragd-Kabeljau, was den ersten Beweis für dieses Phänomen bei einem antarktischen Fisch darstellt.

Darüber hinaus wird dieser Befund nützlich sein, um den Verschmutzungsgrad der Vergangenheit mit der aktuellen Situation zu vergleichen, indem der Magen-Darm-Trakt von Trematomus bernacchii analysiert wird, der während der letzten Antarktis-Untersuchung (XXXVII. Expedition – 2021/2022) gefangen wurde. Dieser Vergleich wird es ermöglichen, die Veränderungen der Meeresmüllverschmutzung im Laufe der Zeit zu verstehen, insbesondere im antarktischen Ökosystem mit seinen besonderen Umweltmerkmalen und seiner Fragilität, die es wert sind, geschützt und erhalten zu werden.

Diese Studie unterstreicht außerdem die Bedeutung der Überwachung anthropogener Mikropartikel und Textilfarbstoffe in der Antarktis und wird hoffentlich dazu beitragen, dass die aktuellen politischen Maßnahmen zur Plastikverschmutzung im Rahmen des Antarktisvertrags die Überwachung verbessern und Abhilfemaßnahmen fördern. Für die Zukunft ist ein Verbindungsnetzwerk zum Abrufen älterer Proben bei der Überwachung von Verschmutzungsänderungen im Laufe der Zeit dringend wünschenswert.

Das Untersuchungsgebiet befand sich im Gerlache Inlet (74° 41′ S; 164° 6′ E), einem 7 km breiten Meeresarm in der nordwestlichen Ecke der Terra Nova Bay (Rossmeer), einem Küstenmeergebiet mit einer Fläche von 29,4 km2 zwischen Cape Washington und die Drygalski-Eiszunge (Abb. 2).

Untersuchungsgebiet (Terranova Bay, Rossmeer). Die Karte wurde mit Google Earth erstellt (https://earth.google.com/web/@74.6953791,164.0961781,0.4171455a,2467.23579724d,30.00002056y,0h,0t,0r), auf der Probenahmestellen und Abflüsse aus der Kläranlage angegeben sind .

Dieser Standort ist ein wichtiges Küstengebiet für langfristige wissenschaftliche Untersuchungen und wurde 2003 von Italien als besonders geschütztes Gebiet der Antarktis (ASPA) vorgeschlagen. Probennahmen wurden im Februar 1998 an zwei Standorten durchgeführt: B5 (74° 41). ′ 60′′ S, 164° 07′ 00′′ E) und B806 (74° 43′ 025'' S, 164° 08′ 648'' E). B5 und B806 liegen 3,8 bzw. 7 km vom Abwasserauslass entfernt (Abb. 2). Die Proben wurden mit einem Trammelnetz gefangen, sofort eingefroren, am Ende der Expedition nach Italien geschickt und schließlich in der Antarctic Environmental Specimen Bank gelagert. Die Proben wurden von der Probenahme bis zur Analyse im Juni 2021 bei -20 °C aufbewahrt.

Jede Probe wurde langsam über Nacht bei 4 °C aufgetaut, und dann wurden die GITs von der Speiseröhre bis zum Ende des Darms entfernt und in einer Petrischale aus Glas aufbewahrt. Jeder GIT wurde gewogen und unter einer mikrobiologischen Haube in einen konischen Glaskolben gegeben und mit 10 %iger K-OH-Lösung im Verhältnis 1:5 (Gew./Vol.) behandelt. Der Kolben wurde 48 Stunden lang bei 50 °C gerührt. Dann wurde jede Probe in einen Glaszylinder gegeben und mit 15 %iger NaCl-Hypersalzlösung versetzt, um eine Dichtetrennung der beiden Phasen zu erreichen. Der Überstand wurde in einem Glasbecher gesammelt und unter Verwendung eines Vakuumsystems (Millipore) durch Glasfaserfilter (1,6 μm Whatman GF/F, UK) filtriert. Nach den Filtrationsverfahren wurden die Membranen in sterile Petriglasschalen gelegt, um sie anschließend unter dem Stereomikroskop (Leica M205C) zu beobachten, um die Kunststoffreste zu isolieren61. Alle Partikel wurden visuell identifiziert, gezählt, gemessen und fotografiert. Alle Gegenstände wurden anhand ihrer Größe (kleine Mikropartikel: 0,1–1 mm; große Mikropartikel: 1–5 mm; Meso: 5–25 mm; Makro: > 25 mm) und Form (Pellet, Faser, Schaum, Fragment) klassifiziert , Blatt und Kugel) und Farbe gemäß dem Protokoll der Meeresstrategie-Rahmenrichtlinie62.

Die in den GITs gefundenen anthropogenen Gegenstände wurden als Anzahl der identifizierten AMs pro Probe ausgedrückt. Alle aus jeder Fischprobe isolierten Gegenstände wurden zur Charakterisierung untersucht.

Um eine Kontamination durch die Luft während der Laboranalyse zu vermeiden, wurden Arbeitsbereiche und Werkzeuge gemäß dem folgenden Protokoll63 gründlich von jeglicher Partikelkontamination gereinigt, die Proben wurden in einem Raum mit eingeschränktem Zugang verarbeitet, um eine versehentliche Kontamination von außen zu verhindern, und alle Vorgänge wurden unter mikrobiologischer Kontrolle durchgeführt Haube. Alle für die Präparation, die Extraktion und die Analyseschritte verwendeten Materialien wurden gründlich mit Ethanol und gefiltertem entionisiertem Wasser gereinigt. Es wurden Glaswaren verwendet und alle Instrumente und Geräte (einschließlich Pinzetten und Scheren) wurden gründlich mit hochreinem Wasser gespült. Darüber hinaus trugen die Bediener Baumwollmäntel. Die Becher wurden zwischen jedem Schritt mit Aluminiumfolie abgedeckt, um eine Kontamination durch die Luft zu verhindern. Gleichzeitig wurden auch verfahrenstechnische Leerproben durchgeführt, um eine Überschätzung der Fasern zu vermeiden. Feuchte Filter in Petrischalen wurden unter die mikrobiologische Haube gestellt und der Laborluft in der Nähe des Stereomikroskops ausgesetzt64. Gleichzeitig mit den Proben wurden auch verfahrenstechnische Leerproben ohne Gewebe durchgeführt. Alle zwei Proben wurde eine Leerprobe durchgeführt. Die verfahrenstechnischen Blindproben waren frei von jeglicher AM-Kontamination.

Alle aus den GITs isolierten Partikel wurden mittels Raman-Mikrospektroskopie untersucht. Eine vorläufige Analyse der Raman-Ergebnisse zielte darauf ab, ähnliche Spektren zu identifizieren und zu gruppieren. Anschließend erfolgte die molekulare Identifizierung der AM-Komponente durch den Vergleich der Raman-Spektren mit den in Bibliotheken verfügbaren.

Mikro-Raman-Spektroskopie wurde verwendet, um die Polymerzusammensetzungen der AMs zu identifizieren. Fasern, die entlang ihrer Länge eine Verzweigung oder eine veränderte Dicke aufwiesen, wurden abgelehnt, da beide Merkmale auf einen biologischen Ursprung (Wurzel- oder Pflanzenfasern) schließen ließen.

Raman-Spektren von Mikrofasern und Partikeln wurden in einer Rückstreugeometrie auf einem mikrokonfokalen Raman-System HR Evolution (Horiba Scientific) unter Verwendung eines grünes Licht emittierenden Diodenlasers (λ = 532 nm), a × 100 (NA = 0,90), aufgenommen ) oder ein × 50-Objektiv (NA = 0,45), ein 1800 g/mm-Gitter und ein auf 77 K gekühlter Ladungspaardetektor. Um eine Photodegradation der Probe zu vermeiden, wurde die Laserleistung unter Verwendung eines Transmissionsfilters mit geringerem Prozentsatz unter 5 mW gehalten. Spektren wurden im Bereich von 200–4000 cm-1 gesammelt, während die Dauer der Laserbelichtung und die Anzahl der Spektrenakkumulationen je nach spezifischem Farbstoff im MP im Bereich von 5–20 s bzw. 2–20 s variierten . Die Analyse wurde an verschiedenen Punkten desselben MP durchgeführt, um die Identifizierung zu bestätigen. Um Hintergrundstörungen aufgrund von Fluoreszenz zu beseitigen, wurden die Daten fluoreszierender Proben mit der Flat-Korrekturroutine von LabSpec6 korrigiert. Darüber hinaus wurde vor der Spektralanalyse neben der FLAT-Korrektur auch eine Basislinienkorrektur angewendet. Die Spektren wurden durch Vergleich mit denen von Standardmaterialien identifiziert, die in den Spektraldatenbanken der Bio-Rad KnowItAll Spectral Library und der Spectral Library of Plastic Particles (SLoPP und SLoPP-E) katalogisiert sind. Als echte Mathematik gilt ein Wert des Hit Quality Index (HQI) von 80 % oder mehr.

Die Autoren erklären, dass sie vom italienischen Nationalen Antarktismuseum (MNA) und von der Bank of Antarctic Environmental Samples (BCAA) in Genua die Erlaubnis zur Verwendung antarktischer Fischproben für Forschungszwecke erhalten haben.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken dem Italienischen Nationalen Antarktismuseum (MNA) und der Antarctic Environmental Specimen Bank (BCAA) von Genua (Italien) für die freundliche Bereitstellung der in dieser Studie verwendeten Trematomus bernacchii-Exemplare.

Institut für Meeresbiologische Ressourcen und Biotechnologie (IRBIM) – CNR, Messina, Italien

Teresa Bottari, Serena Savoca, Nunziacarla Spanò und Monique Mancuso

Abteilung für Integrative Meeresökologie (EMI), Stazione Zoologica Anton Dohrn – Nationales Institut für Biologie, Ökologie und Meeresbiotechnologie, Sizilien-Meereszentrum, Messina, Italien

Teresa Bottari, Teresa Romeo und Monique Mancuso

Abteilung für Mathematik und Computerwissenschaften, Physik und Geowissenschaften, Universität Messina, Messina, Italien

Valeria Conti Nibali, Caterina Branca und Giovanna D'Angelo

Institut für Chemie und Industriechemie (DCCI), Universität Genua, Genua, Italien

Marco Grotti

Abteilung für biomedizinische, zahnmedizinische sowie morphologische und funktionelle Bildgebung, Universität Messina, Messina, Italien

Serena Savoca & Nunziacarla Spanò

Institut für Umweltschutz und Forschung (ISPRA), Milazzo, ME, Italien

Teresa Romeo

Institut für Polarwissenschaften (ISP) – CNR, Messina, Italien

Maurice Azzaro

Abteilung für Forschungsinfrastrukturen für Meeresbiologische Ressourcen (RIMAR), Stazione Zoologica Anton Dohrn, Nationales Institut für Biologie, Ökologie und Meeresbiotechnologie, Kalabrisches Forschungszentrum und Marine Advanced Infrastructures (CRIMAC), Amendolara, CS, Italien

Sylvester der Grieche

Institut für chemisch-physikalische Prozesse, Nationaler Forschungsrat Italiens (IPCF-CNR), Messina, Italien

Joanna D'Angelo

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TB leistete einen Beitrag, indem er den ursprünglichen Entwurf verfasste, überprüfte und überwachte. VCN trug dazu bei, indem es die formale Analyse durchführte, Daten kuratierte und schrieb. CB, MG, SS, TR, NS, MA und SG haben zur Überprüfung und Bearbeitung beigetragen. GD trug zur formalen Analyse, zur Daten- und Schreibkuratierung sowie zur Überwachung bei. MM leistete einen Beitrag zur Projektverwaltung, Konzeptualisierung, formalen Analyse, dem Schreiben und der Überwachung. Alle Autoren stimmten der Veröffentlichung des Inhalts zu und trugen zur Ausarbeitung der Arbeit und zur kritischen Überprüfung des Manuskripts bei.

Korrespondenz mit Giovanna D'Angelo oder Monique Mancuso.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bottari, T., Nibali, VC, Branca, C. et al. Anthropogene Mikropartikel im Smaragd-Kabeljau Trematomus bernacchii (Nototheniidae) aus der Antarktis. Sci Rep 12, 17214 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-21670-x

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Eingegangen: 04. Juli 2022

Angenommen: 29. September 2022

Veröffentlicht: 14. Oktober 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-21670-x

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