Study on microplastic particles ingestion and the occurrence of related chemical additives in commercial fish species across different habitats of North Aegean Sea

Τις τελευταίες δεκαετίες, η ραγδαία αύξηση της παραγωγής και της χρήσης των πλαστικών που αντικατοπτρίζεται στην στροφή από τα πλαστικά πολλαπλών χρήσεων στα πλαστικά μιας χρήσης, και η μη ενδεδειγμένη διαχείριση των πλαστικών απορριμμάτων οδήγησε στην ευρεία παρουσία τους στο περιβάλλον, η οποία προκαλεί ανησυχίες σχετικά με τις πιθανές επιπτώσεις τους στα θαλάσσια οικοσυστήματα. Τα μικροπλαστικά (πλαστικά σωματίδια μικρότερα των 5 mm στη μεγαλύτερή τους διάσταση) έχουν εντοπιστεί σε διάφορα επιμέρους τμήματα των θαλάσσιων οικοσυστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των παράκτιων και πελαγικών ενδιαιτημάτων, των μεγάλων ωκεάνιων δομών κυκλοφορίας, ακόμη και στα βαθύτερα σημεία του ωκεανού. Το μικρό τους μέγεθος, καθιστά εύκολη την πρόσληψή τους από μεγάλο εύρος οργανισμών του θαλάσσιου τροφικού πλέγματος, και η κατάποσή τους έχει εκτενώς παρατηρηθεί από την επιστημονική κοινότητα. Τα χαρακτηριστικά τους, όπως το μέγεθος και το χρώμα, θεωρείται ότι επηρεάζουν την πιθανότητα κατάποσής τους από θαλάσσιους οργανισμούς, η οποία αυξάνεται όταν τα μικροπλαστικά προσομοιάζουν με την τροφή του οργανισμού. Μετά την κατάποσή τους δύναται να τραυματίσουν τους ιστούς ή να έχουν τοξική δράση στον οργανισμό με την πυροδότηση αλλαγών στις βιολογικές λειτουργίες του. Παράλληλα, τα χημικά πρόσθετα που χρησιμοποιούνται κατά την παραγωγή των πλαστικών, για τη βελτίωση των ιδιοτήτων τους μπορούν και αυτά να προκαλέσουν αρνητικές επιπτώσεις. Τα χημικά πρόσθετα, καθώς δε συγκρατούνται με χημικούς δεσμούς με τα πλαστικά πολυμερή, τείνουν να απελευθερώνονται εύκολα στους ιστούς των οργανισμών. Μεταξύ των χημικών πρόσθετων, οι φθαλικές ενώσεις και οι δισφαινόλες, ιδιαίτερα η δισφαινόλη Α (BPA) που είναι ευρέως χρησιμοποιούμενη, έχουν χαρακτηριστεί ως ενδοκρινικοί διαταράκτες εξαιτίας της σχετικής τους δράσης στους θαλάσσιους οργανισμούς, αλλά και στους ανθρώπους που εκτίθενται σε αυτούς. Η συστηματική βιβλιογραφική ανασκόπηση (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses, PRISMA) (Chapter 2) εφαρμόστηκε για συλλογή δεδομένων που αφορούσαν την κατάποση μικροπλαστικών από τους θαλάσσιους οργανισμούς παγκοσμίως και για την χρονική περίοδο από το 1972 έως το 2021. Η μέση τιμή αφθονίας των μικροπλαστικών εκτιμήθηκε με τη μετα-ανάλυση των δεδομένων για τις ομάδες που περιείχαν εμπορικά είδη. Επιπλέον, συλλέχθηκαν και αναλύθηκαν τα χαρακτηριστικά των μικροπλαστικών (τύπος, μέγεθος, χρώμα, και υλικό). Περισσότερα από 1043 θαλάσσια είδη έχουν εξεταστεί, Ιχθύες (43.9%), Μαλάκια (21%), Καρκινοειδή (11%), Πτηνά (5.6%), Εχινοδέρματα (4.1%), Θηλαστικά (3.7%), Κνιδόζωα (2.9%), Ερπετά (2.7%), Πολύχαιτοι (2.4%), Ποροφόρα, Χιτωνοφόρα, Κτενοφόρα και Χαιτόγναθα (< 1% των συνολικών ειδών). Η κατάποση επιβεβαιώθηκε σε τουλάχιστον 822 είδη, εκ των οποίων 513 ανήκαν στην ομάδα των Ιχθύων με μέση αφθονία ανά εξεταζόμενη Οικογένεια από 0,07 έως 16,3 μικροπλαστικά ανά άτομο. Σε αντίθεση με τους Ιχθύες όπου συνήθως αναλυόταν ο γαστρεντερικός σωλήνας, όλος ο μαλακός ιστός εξεταζόταν στα γαστερόποδα, τα δίθυρα, τα μαλακόστρακα (με μέση τιμή 8,85, 3,64 και 1,03 μικροπλαστικά/άτομο αντίστοιχα) και τα Εχινοδέρματα (1,56 μικροπλαστικά/γραμμάριο). Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι διαφορετικές μονάδες μέτρησης της αφθονίας χρησιμοποιούνταν μεταξύ των διαφορετικών οργανισμών. Οι μέσες αφθονίες των μικροπλαστικών εξετάστηκαν και στο επίπεδο της Οικογένειας και μεγάλη ετερογένεια παρουσιάστηκε στα αποτελέσματα. Από το σύνολο των μικροπλαστικών, τα πιο συχνά χαρακτηριστικά που παρατηρήθηκαν ήταν οι ίνες, μεγέθους μικρότερου του 1 χιλιοστού, μαύρου χρώματος και η πολυμερική τους σύσταση απαρτιζόταν από πολυαιθυλένιο. Μεγάλο εύρος μεταξύ των διαφορετικών περιγραφών των χαρακτηριστικών τους εντοπίστηκε για το χρώμα και το μέγεθος, καθώς για το τελευταίο εντοπίστηκε πλήθος διαφορετικών βημάτων που καθορίζουν την κλάση μεγέθους.Για την εξέταση της κατάποσης μικροπλαστικών συλλέχθηκαν τα εμπορικά είδη Engraulis encrasicolus, Sardina pilchardus, Boops boops, και Mullus barbatus από το Βόρειο Αιγαίο (Chapter 3). Για την επιλογή των ειδών διεξήχθη προκαταρκτική μελέτη που συμπεριελάμβανε την ανάλυση των εκφορτώσεων από τις επιμέρους περιοχές των Ελληνικών θαλασσών και τα πιθανά χαρακτηριστικά των ιχθύων που δύνανται να επηρεάζουν την κατάποση μικροπλαστικών (Chapter 1). Συνολικά, 578 άτομα των αναφερόμενων ειδών εξετάστηκαν με την απομόνωση και χώνευση του γαστρεντερικού σωλήνα με διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου 30% (1:20 w/v) στους 60 oC. Το υπολειπόμενο υλικό διηθήθηκε, και τα φίλτρα παρατηρήθηκαν σε στερεομικροσκόπιο ώστε να καταγραφεί: α. ο τύπος του μικροπλαστικού (ίνα, θραύσμα, φίλμ, πέλετ), β. το χρώμα, και γ. το μέγεθος. Σε ένα υποσύνολο των ευρημάτων, εφαρμόστηκε Φασματοφωτομετρία Υπερύθρου με Μετασχηματισμό Fourier (FT-IR) με σκοπό τον προσδιορισμό της πολυμερικής τους σύνθεσης. Συνολικά, εντοπίστηκαν 567 πλαστικά τεμάχια, 551 μικροπλαστικά (< 5 mm) και 16 μεσοπλαστικά (> 5 έως 16.8 mm). Τα μεσοπλαστικά αντιστοιχούσαν στο 0 έως 7% των συνολικών πλαστικών για κάθε είδος ψαριού. Τα πιο συχνά μεσοπλαστικά ήταν οι διάφανες ίνες, με μήκος μεταξύ 7 και 8 χιλιοστών. Λαμβάνοντας υπόψη μόνο την κατάποση μικροπλαστικών, η μέση συχνότητα κατάποσης ήταν 47.8% και η μέση αφθονία τους 0.95 ± 0.2 (SE). Η υψηλότερη μέση αφθονία εντοπίστηκε στο S. pilchardus και ήταν 1.6 ± 0.2 (SE) μικροπλαστικά/άτομο, ενώ στο ίδιο είδος εντοπίστηκε και η υψηλότερη συχνότητα εμφάνισης (63.9%). Η χαμηλότερη μέση κατάποση και στις δύο εξεταζόμενες περιοχές δειγματοληψίας εντοπίστηκε στο M. barbatus (36.6 and 36.3%, Μυτιλήνη και Καβάλα αντίστοιχα), ενώ η αφθονία των μικροπλαστικών μεταξύ των δύο περιοχών ήταν στατιστικά σημαντική (p < 0.05, Kruskal-Wallis test). Όσον αφορά τα χαρακτηριστικά των μικροπλαστικών, τα πιο συχνά ευρήματα ήταν ίνες, μπλε, μεταξύ 0.1-0.33 χιλιοστών, κατασκευασμένες από πολυαιθυλένιο. Στατιστική σημαντικότητα εντοπίστηκε χωρικά, μεταξύ της κατανομής συχνοτήτων του τύπου και του χρώματος των μικροπλαστικών. Επιπλέον, στατιστική σημαντικότητα εντοπίστηκε μεταξύ των διαφορετικών ειδών ως προς την κατανομή συχνοτήτων του τύπου, του μεγέθους, του χρώματος των μικροπλαστικών. Το μέγεθος του εξεταζόμενου ατόμου και ο συντελεστής ευρωστίας (Fulton’s condition factor K) δεν είχαν επίδραση στην αφθονία των μικροπλαστικών. Τα ευρήματα είναι σε συμφωνία με προηγούμενες σχετικές μελέτες, αν και είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ορισμένες από αυτές που έχουν προηγηθεί έχουν αναδείξει στατιστική σημαντικότητα μεταξύ του μεγέθους και του συντελεστή ευρωστίας με την αφθονία των μικροπλαστικών. Το ενδιαίτημα, η τροφική προτίμηση και ο μηχανισμός τροφοληψίας είχε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με την αφθονία των μικροπλαστικών για το M. barbatus. Οι εκτιμήσεις της πρόσληψης των μικροπλαστικών από τον άνθρωπο μέσω της διατροφής του, που έγιναν με βάση την περιεκτικότητα σε μικροπλαστικά του E. encrasicolus και του S. pilchardus που μπορούν να καταναλωθούν στο σύνολό τους, διαπιστώθηκε ότι βρίσκονταν στο κατώτερο άκρο των τιμών που είχαν αναφερθεί προηγουμένως στη βιβλιογραφία.Οι φθαλικές ενώσεις και η δισφαινόλη Α, ως συνήθως χρησιμοποιούμενα χημικά πρόσθετα, επιλέχθηκαν για να εξεταστεί η παρουσία τους στον γαστρεντερικό σωλήνα και τη σάρκα των επιλεγμένων ψαριών που συλλέχθηκαν από τις δύο περιοχές του Β. Αιγαίου (Chapter 4). Παράλληλα, για τα τέσσερα επιλεγμένα είδη πραγματοποιήθηκε μία συγκριτική μελέτη για τη διερεύνηση χωρικών διαφορών μεταξύ των αλιευτικών πεδίων του Β. Αιγαίου και του Δ. Ιονίου πελάγους. Μεταξύ των φθαλικών ενώσεων, η DEHP (bis(2-ethylhexyl) phthalate) είχε τις υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις και για τα τέσσερα είδη ψαριών. Στατιστικά σημαντικές διαφορές στις μέσες συγκεντρώσεις της DEHP εντοπίστηκαν για το B. boops του Β. Αιγαίου and S. pilchardus του Δ. Ιονίου (p < 0.05, Wilcoxon rank test). Η DIDP (diisodecylphthalate) ήταν η αμέσως μετά πιο συχνά ανιχνευόμενη φθαλική ένωση, αν και στατιστική σημαντικότητα δεν εντοπίστηκε μεταξύ των τεσσάρων ειδών, των δύο περιοχών ή των δύο εξεταζόμενων ιστών. Η DINP (di-isononylphthalate) εντοπίστηκε μόνο στα δείγματα που αφορούσαν το γαστρεντερικό σωλήνα του E. encrasicolus που συλλέχθηκε από το Β. Αιγαίο, ενώ οι υπόλοιπες εξεταζόμενες φθαλικές (3/7) ενώσεις εντοπίστηκαν σε μικρότερο μέρος του συνόλου. Η δισφαινόλη Α ανιχνεύτηκε και στα τέσσερα είδη ψαριών από το Β. Αιγαίο και στα E. encrasicolus, B. boops, και M. barbatus του Δ. Ιονίου. Συνολικά οι μέσες συγκεντρώσεις των επιλεγμένων χημικών πρόσθετων ήταν στις χαμηλές τιμές του εύρους σύμφωνα με προηγούμενες μελέτες και η εκτίμηση της ημερήσιας πρόσληψης και του κινδύνου μέσω της κατανάλωσης της σάρκας των ψαριών ανέδειξε ότι υπάρχει χαμηλή πιθανότητα έκθεσης σε κίνδυνο για τις φθαλικές ενώσεις και τη δισφαινόλη Α. Η παρακολούθηση της κατάποσης μικροπλαστικών από τα ψάρια διαφορετικών ενδιαιτημάτων και των σχετιζόμενων ρύπων θεωρείται απαραίτητη για την εκτίμηση των επιπτώσεων τους στους θαλάσσιους οργανισμούς, αλλά και στον άνθρωπο. Η ερευνητική προσπάθεια στο πλαίσιο αυτής της Διδακτορικής Διατριβής επικεντρώθηκε στην επικαιροποίηση της γνώσης σχετικά με την κατάποση μικροπλαστικών και στη διεύρυνση επιστημονικής πληροφορίας που αφορά στην έκταση του φαινομένου στην τοπική κλίμακα του Β. Αιγαίου. Συνυπολογίζοντας τα ευρήματα εκτιμάται ότι η εφαρμογή εναρμονισμένων αναλυτικών διαδικασιών είναι καθοριστική για τη μείωση της ετερογένειας μεταξύ των αποτελεσμάτων και τη διεξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων. Ειδικότερα, η εναρμόνιση αφορά στην ανάλυση των ποσοτήτων αφθονίας και την περιγραφή των χαρακτηριστικών των μικροπλαστικών (όπως χρώμα και μέγεθος). Καθώς τα επιλεγμένα είδη ψαριών έχουν προταθεί ως κατάλληλοι οργανισμοί δείκτες για την περιγραφή της κατάποσης μικροπλαστικών στα διαφορετικά ενδιαιτήματα, η διερεύνηση της επίδρασης των βιολογικών χαρακτηριστικών των ψαριών κρίνεται απαραίτητη για την αποφυγή υπερ- ή υπό- εκτιμήσεων της αφθονίας των μικροπλαστικών. Η συστηματική παρακολούθηση περισσότερων του ενός είδους για κάθε ενδιαίτημα θα συμβάλλει στ