Biodegradazione di biopolimeri in un sedimento marino anossico ed effetti sulle attività microbiche e sulla biodiversità

La biodegradabilità delle bioplastiche implica la loro capacità di subire una completa mineralizzazione ad opera dell’attività microbica. Tuttavia, i tempi e l’entità della biodegradazione variano nei diversi ambienti rispetto alle condizioni controllate industriali tipicamente utilizzate per valutarne la biodegradabilità1. Sebbene la biodegradazione delle bioplastiche sia stata ampiamente studiata nella colonna d'acqua marina, poco si sa sul loro destino nei sedimenti marini anossici, che fungono da deposito finale degli oggetti in plastica rilasciati nell’ecosistema marino. In questo studio è stata indagata la biodegradabilità dei principali biopolimeri commerciali, e in che misura la loro degradazione possa influenzare l’ambiente circostante, in microcosmi di sedimento marino anossico che imitano le condizioni biogeochimiche cui sono esposti gli oggetti in plastica sepolti nei fondali marini. Film sottili di poli(idrossibutirrato-co-idrossiesanoato) (PHBH), acido polilattico (PLA), poli(butilene succinato) (PBS), poli(butilene succinato-co-adipato) (PBSA), poli(butilene adipato tereftalato) (PBAT) e polietilene a bassa densità (LDPE) come controllo non biodegradabile, sono stati incubati sepolti nel sedimento all’interno di microcosmi anossici sacrificali contenenti sedimento e acqua marina raccolti dalla laguna Pialassa Baiona (Ravenna, Italia). L'incubazione è avvenuta staticamente al buio a 20°C, con monitoraggio periodico della produzione e composizione del biogas (CO₂ e CH₄), della concentrazione di solfati, del potenziale redox, della perdita di peso dei film polimerici e della composizione della comunità microbica del sedimento. Nessuno dei polimeri testati ha mostrato perdita di peso durante 4 mesi di incubazione, ad eccezione del PHBH, che è stato completamente degradato in 4 settimane. Una notevole produzione di CO₂ è stata osservata in concomitanza con la biodegradazione del PHBH, indicando mineralizzazione. Contemporaneamente è stata osservata una completa deplezione dei solfati e una marcata diminuzione del potenziale redox. I cambiamenti nella comunità microbica del sedimento hanno rispecchiato quelli nelle attività metaboliche, con l’arricchimento di taxa presumibilmente idrolitici/fermentativi e riduttori di solfati. Ulteriori film di PHBH aggiunti agli stessi microcosmi dopo la completa deplezione dei solfati sono stati degradati con la stessa velocità, producendo CO₂ e CH₄ e arricchendo noti taxa metanogeni. Infine, al quarto mese, la polvere di PHBH è stata aggiunta ai microcosmi contenenti gli altri polimeri non degradati, per esplorare la possibile degradazione co-metabolica. L’evoluzione di CO₂ e CH₄, insieme alla riduzione dei solfati, è stata stimolata come previsto dalla biodegradazione del PHBH, ma non è stata osservata alcuna degradazione degli altri biopolimeri nel corso di un ulteriore periodo di incubazione di 4 mesi. In conclusione, il PHBH è stato degradato rapidamente in un sedimento marino anossico, sia in condizioni di solfato riduzione che in condizioni metanogeniche, influenzando in modo significativo la struttura della comunità microbica del sedimento. Al contrario, nessuno degli altri biopolimeri testati ha subito biodegradazione in 8 mesi, né da soli, né in concomitanza con la biodegradazione del PHBH.