Svensk studie visar att fiskar får plastskräp i hjärnan

Ingen vet exakt hur mycket plastskräp som hamnar i haven varje år. Men det handlar om flera miljoner ton – och nyligen blev jag, ofrivilligt, en del av problemet. Det var under säsongens första motorcykeltur. Jag hade stannat för att tanka och samtidigt värma mig med en kopp kaffe på en bensinstation som har en ovanligt trevlig uteplats. Den ligger vid en småbåtshamn i Stockholms skärgård. När jag slog mig ner vid ett av borden hoppade plastlocket av från min engångsmugg och blåste ned i vattnet, där det snabbt seglade i väg utom räckhåll. Mitt miljöbrott var ett faktum.

Plastlock av den här sorten är vanligtvis tillverkade av polystyren. Det är en stabil förening som har en nedbrytningstid på flera hundra år. Men havsvattnet är i ständig rörelse – locket kommer att flyttas runt och nötas mot stenar och bottensand så att små plastfragment lossnar. UV-ljuset från solen bidrar till processen, det gör plasten skör så att sönderdelningen går snabbare. Ju längre tid som passerar desto mindre och desto fler blir plastbitarna. När de har blivit millimeterstora brukar de kallas för mikroplast. Det pågår intensiv forskning om mikroplastens miljöeffekter (se ”Mikroplast: Det dolda hotet i havet”, F&F 9/2014).

Men vad händer om plastfragmenten blir ännu mindre? Det undersöks av ett forskarteam vid Lunds universitet – de studerar så kallad nanoplast. Det är benämningen på partiklar som har ungefär samma storlek som proteiner. Farhågan är att nanoplast till viss del faktiskt kan bete sig som proteiner och därför tas upp i cellerna. Både vi människor och andra levande organismer skulle alltså kunna ha plast inuti våra celler. Det är ett av huvudskälen till att forskare nu försöker lära sig mer om nanoplasten – hur den bildas, hur mycket som finns i miljön och hur den påverkar levande varelser.

Under ledning av Tommy Cedervall, som är docent i nanokemi, har forskarna från Lunds universitet undersökt om just den sortens kaffelock jag tappade i havet kan ge upphov till nanoplast, om det skulle nötas sönder av havets rörelser.

– Vi har i flera försök undersökt hur nanoplast påverkar näringskedjorna i haven. Men då har vi använt färdig nanoplast, som kommer från en leverantör. Nu ville vi se om den nanoplast som kan bildas av skräp i havsmiljön har samma egenskaper som den kommersiella plasten, eller om den på något sätt är annorlunda. Den kunskapen är viktig eftersom den kan visa hur pass väl våra försök speglar verkligheten, säger Tommy Cedervall.

Forskarna beslutade sig för att prova en förhållandevis enkel metod för att se om det gick att tillverka nanoplast från kaffelock av polystyren. De lade bitar av kaffelock i destillerat vatten och finfördelade dem med en vanlig stavmixer. Tanken var att försöka ”snabbspola” sig igenom den ganska långsamma sönderdelningen som sker i havsmiljön, då plastskräp gnids mot stenar i vattenbrynet eller mot botten.

Forskarna upprepade också förfarandet med en annan sorts plast som ofta guppar runt i haven, nämligen frigolit – som också tillverkas av polystyren. Plastsörjan filtrerades med mycket finmaskiga filter. Sedan började den egentliga utmaningen: att ta reda på om det fanns nanopartiklar i lösningarna och i sådana fall analysera deras struktur och kemi.

– Vi beslutade oss för att använda alla analysmetoder vi kunde komma på.

Forskarna utförde flera olika kemiska analyser av de filtrerade lösningarna. Resultaten indikerade att det fanns polystyren i det filtrerade vattnet, vilket var en bra början. För att undersöka om polystyrenet förekom som nanoplast användes bland annat en laserteknik som kallas nanoparticle tracking analysis, NTA (se grafik).

Analyserna visade att både frigoliten och plastlocken hade gett upphov till partiklar av nanostorlek. Partiklar som var lite större hade ofta en kantig form, medan de allra minsta nanopartiklarna var förhållandevis runda.

– Ytstrukturen hos nanoplast är väldigt lite studerad så det är en viktig upptäckt. Formen har sannolikt stor betydelse för hur nanoplasten interagerar med andra ämnen.

De kemiska analyserna visar att den laddning som finns på partiklarnas yta påverkas av deras storlek. Partiklarna som hade bildats från frigoliten och kaffelocken hade alla en negativ laddning, men den minskade med storleken.

– Det kan innebära att stora och små nanopartiklar fungerar olika i en naturlig miljö. De kan exempelvis binda till olika ämnen.

Forskarna från Lund är sannolikt först i världen med att undersöka hur mekanisk nötning skapar nanoplast från typiska plastföremål som man hittar i sjöar och hav. Men de har inte studerat hur solens UV-strålning och vattnets temperatur påverkar processen. De två aspekterna har i stället undersökts av ett tyskt forskarteam.

Även de tyska forskarna utgick från polystyrenlock för kaffemuggar i sitt försök, av den typ som blåste i vattnet när jag fikade. Locken klipptes sönder och lades i bägare tillsammans med vatten. Bägarna placerades i en klimatkammare med en konstant temperatur på 30 grader Celsius och belystes med UV–ljus dygnet runt. Med jämna mellanrum mätte forskarna mängden nanoplast i lösningarna. De använde samma sorts NTA-teknik som de svenska forskarna använt.

Vid slutet av experimentet – som pågick i ungefär två månader – innehöll vattnet i bägarna ungefär hundra miljoner partiklar nanoplast per milliliter. Det motsvarar 10 miljarder nanoplastpartiklar per liter. Trots att plastlocken hade gett upphov till sådana mängder partiklar var deras vikt i princip oförändrad.

Sammanfattningsvis visar de här försöken att man kan förvänta sig att plastskräpet i haven ger upphov till nanoplast, och att partiklarna som bildas varierar i storlek, form och laddning. Det är på sätt och vis oroande. Det faktum att egenskaperna varierar medför att man kan förvänta sig att nanopartiklarna påverkar havens organismer på många olika sätt. Därför är det svårt att dra generella slutsatser om hur exempelvis havens näringskedjor påverkas av nanoplast.

Tommy Cedervall och hans kollegor har undersökt hur nanoplast sprids från nivå till nivå i akvatiska näringskedjor. I försöket användes nanopartiklar av polystyren från en leverantör, med en diameter på antingen 50 eller 180 nanometer.

Forskarna fyllde akvarier med vatten som innehöll en av de två sorterna nanoplast – eller ingen plast alls – som kontroll. Först tillsattes växtplankton i akvarierna. De utgjorde den första nivån i näringskedjan. Därefter tillfördes nästa nivå i näringskedjan, vattenloppor som fick äta växtplanktonen. Den tredje nivån bestod av fiskar, rudor, som fick äta djurplanktonen.

Varje fisk som ingick i försöket kunde bara få i sig en sorts nanoplast (stora eller små partiklar), eller ingen nanoplast alls. Och de kunde bara få i sig nanoplast genom att äta vattenloppor, som i sin tur bara kunde få i sig nanoplast genom att äta algerna.

– Vi har verkligen försökt pressa det här systemet så att både djurplankton och fiskar endast kan få i sig nanoplasten från födan.

Experimentet visade tydligt att nanoplasten rör sig uppåt i näringskedjan och att detta påverkar fiskarna.

– De som hade fått i sig nanoplast av den mindre storleken rörde sig långsammare och behövde längre tid på sig för att fånga vattenlopporna. Och de var mindre benägna att utforska sina akvarier än kontrollfiskarna.

Fiskarna som hade ätit nanoplast av den större storleken betedde sig tvärtom – de var piggare än kontrollfiskarna, som alltså inte hade fått i sig någon plast alls.

– Det är ett förvånande resultat och vi har ingen aning om vad det beror på. Men det visar ju tydligt att små och stora nanopartiklar kan ha olika effekter på biologiska system.

Plastdieten satte också spår i fiskarnas hjärnor. De som hade fått i sig nanoplast hade en mindre mängd vatten i hjärnan än kontrollfiskarna – och deras gyri, vindlingarna som finns på hjärnans yta, var färre. Forskarna skickade också fiskhjärnor till ett laboratorium i USA, där man med hjälp av avancerad mikroskopi kunde visa att det fanns nanoplast inuti hjärnorna.

Så, kan man förvänta sig att fiskar i sjöar och hav påverkas av nanoplast på det här sättet? Nja, kanske inte exakt på det här sättet. Nanoplasten som användes vid detta försök har exempelvis en annan laddning och storlek än de partiklar som bildades vid forskarnas nötningsexperiment. Det är också svårt att avgöra hur mycket nanoplast fiskarna i experimentet fick i sig och om den mängden speglar fiskarnas situation i haven.

– Vi har satt igång experiment där vi försöker räkna ut hur mycket nanoplast fiskarna tar upp under ett sådant här experiment. Men om jag utgår ifrån det vi vet i dag, så tror jag att det rör sig om ganska låga koncentrationer.

Tommy Cedervall hoppas att de experiment som han och hans kollegor har utfört ska leda till att andra forskare börjar intressera sig för de här frågeställningarna.

– Om vi kan visa att nanopartiklar kan vara farliga, så kanske andra börjar leta efter dem i naturen. Och om någon sedan lyckas mäta koncentrationen av nanoplast i naturen, så kan vi anpassa våra experiment så att de matchar de mängderna.

Vid det här laget har du säkert frågat dig vad som händer med oss – den fjärde nivån i näringskedjan – när vi äter fisk. Kan vi också få nanoplast i hjärnan?

– Jag duckar på den frågan. Det är alltid svårt att generalisera mellan olika arter, så man behöver inte skrämma upp folk innan man faktiskt vet något om saken. Jag tycker att våra forskningsresultat är tillräckligt oroande som de är, säger Tommy Cedervall.