Lösungsstrategien zur Verminderung von Einträgen von urbanem Plastik in limnische Systeme - PLASTRAT - Synthesebericht

Der Einsatz von Plastik gehört zu den großen Errungenschaften unserer Zeit. Die Nutzung von Plastik in unseren verschiedenen Lebensbereichen ermöglicht uns heute Vieles. Dabei setzen wir Plastik oft ein, ohne dass uns dies bewusst ist. Wieviel „virtuelles Plastik“ war allein notwendig, um diesen Synthesebericht zu erstellen? Wieviel Plastik benötigen Sie gerade, um diesen Synthesebericht zu lesen? Wie so oft, so hat auch der Einsatz von Plastik zwei Seiten: den positiven Errungenschaften stehen negative Auswirkungen gegenüber, vor allem nach der Nutzung von Plastik. Im Fokus stehen hierbei Fragestellungen der Toxikologie sowie der Abfallverwertung. Im Gegensatz zu vielen anderen Stoffen, mit denen wir täglich in Berührung sind, hat Plastik die Eigenschaft, dass sich kleinste Partikel bilden. So ist es nicht verwunderlich, dass sich mittlerweile in allen Umweltmedien Mikroplastikpartikel finden lassen. Die Idee von PLASTRAT war es, in einem interdisziplinären Team Ansätze für die Verminderung von Einträgen von Plastik in Gewässer zu untersuchen. Dabei standen über den Ansatz der systemischen Risikoanalyse die unterschiedlichen Sektoren im Fokus, angefangen von der Erzeugung, über die Nutzung bis hin zu den Eintragspfaden und die toxikologische Bewertung. Der Synthesebericht fasst die Ergebnisse von PLASTRAT zusammen. Vor allem zeigt der Synthesebericht die großen Herausforderungen sowie Lösungsansätze zum Thema Mikroplastik auf. Dabei wird auch deutlich, dass wir bei vielen Fragestellungen zum Umgang mit Plastik erst am Anfang stehen. Die ersten Ideen zu PLASTRAT entstanden 2016. In den vergangenen fünf Jahren stand das Thema Plastik im Fokus von Öffentlichkeit und Presse. In dieser Zeit gab es bereits wichtige Veränderungen beim Einsatz von Plastik bei diversen Produkten, beispielsweise durch die Substitution durch alternative Materialien. Dies zeigt deutlich, dass eine Bewusstseinsveränderung stattgefunden hat, die sich sicherlich in der Zukunft fortsetzten wird. Die Arbeiten und Diskussionen im Projektteam von PLASTRAT waren spannend. In vielen Projektbesprechungen wurde an den Forschungsfragestellungen gearbeitet und nach Lösungen gesucht. Es gab einen intensiven persönlichen Austausch mit allen am Projekt beteiligten Personen, so dass uns die seit 2020 geltenden Einschränkungen durch die Corona-Pandemie nicht immer leichtgefallen sind. Wir möchten uns bei allen bedanken, die bei PLASTRAT mitgewirkt haben. Allen Lesern des Syntheseberichts wünschen wir viele Freude beim Lesen und hoffen, dass wir Ihnen einen Impuls für den zukünftigen Umgang mit (Mikro-)Plastik geben können

Microbial Hotspots in Lithic Macrohabitats Inferred from DNA Fractionation and Metagenomics in the Atacama Desert

The existence of microbial activity hotspots in temperate regions of Earth is driven by soil heterogeneities, especially the temporal and spatial availability of nutrients. Here we investigate whether microbial activity hotspots also exist in lithic microhabitats in one of the most arid regions of the world, the Atacama Desert in Chile. While previous studies evaluated the total DNA fraction to elucidate the microbial communities, we here for the first time use a DNA separation approach on lithic microhabitats, together with metagenomics and other analysis methods (i.e., ATP, PLFA, and metabolite analysis) to specifically gain insights on the living and potentially active microbial community. Our results show that hypolith colonized rocks are microbial hotspots in the desert environment. In contrast, our data do not support such a conclusion for gypsum crust and salt rockenvironments, because only limited microbial activity could be observed. The hypolith community is dominated by phototrophs, mostly Cyanobacteria and Chloroflexi, at both study sites. The gypsum crusts are dominated by methylotrophs and heterotrophic phototrophs, mostly Chloroflexi, and the salt rocks (halite nodules) by phototrophic and halotolerant endoliths, mostly Cyanobacteria and Archaea. The major environmental constraints in the organic-poor arid and hyperarid Atacama Desert are water availability and UV irradiation, allowing phototrophs and other extremophiles to play a key role in desert ecology

Assessing anaerobic microbial degradation rates of crude light oil with reverse stable isotope labelling and community analysis

Oil reservoirs represent extreme environments where anaerobic degradation profoundly influences oil composition and quality. Despite the common observation of biodegraded oil, the microbial degradation rates remain largely unknown. To address this knowledge gap, we conducted microcosm incubations with light oil as carbon source, original formation water and sulfate as electron acceptor, closely mimicking in situ conditions to assess oil degradation rates. Samples were taken from a newly drilled oil well to exclude contamination with injection water and allochthonous microorganisms. At the end of the incubations, microbial community analyses with 16S rRNA gene amplicon sequencing revealed the most prominent phyla as Desulfobacterota, Thermotogota, Bacteroidota, Bacillota (formerly Firmicutes), and Synergistota, collectively accounting for up to 44% of relative abundance. Ion chromatography and reverse stable isotope labeling were used to monitor sulfate reduction and CO2 evolution respectively. We calculated an average degradation rate of 0.35 mmol CO2 per year corresponding to 15.2 mmol CO2/mol CH2(oil) per year. This resembles to approximately 200 years to degrade one gram of oil under the applied, presumably ideal conditions. Factoring in the available oil-water-contact (OWC) zone within the incubations yielded a degradation rate of 120 g CH2 m−2 OWC per year, closely aligning with the modeled degradation rates typically observed in oil reservoirs. Moreover, our study highlighted the utility of the reverse stable isotope labeling (RSIL) approach for measuring complex substrate degradation at minute rates

Chemical and toxicological assessment of leachates from UV-degraded plastic materials using in-vitro bioassays

The broad use of plastics and the persistence of the material results in plastic residues being found practically everywhere in the environment. If plastics remain in the (aquatic) environment, natural weathering leads to degradation processes and compounds may leach from plastic into the environment. To investigate the impact of degradation process on toxicity of leachates, different types of UV irradiation (UV-C, UV-A/B) were used to simulate weathering processes of different plastic material containing virgin as well as recyclate material and biodegradable polymers. The leached substances were investigated toxicologically using in-vitro bioassays. Cytotoxicity was determined by the MTT-assay, genotoxicity by using the p53-CALUX and Umu-assay, and estrogenic effects by the ERα-CALUX. Genotoxic as well as estrogenic effects were detected in different samples depending on the material and the irradiation type. In four leachates of 12 plastic species estrogenic effects were detected above the recommended safety level of 0.4 ng 17β-estradiol equivalents/L for surface water samples. In the p53-CALUX and in the Umu-assay leachates from three and two, respectively, of 12 plastic species were found to be genotoxic. The results of the chemical analysis show that plastic material releases a variety of known and unknown substances especially under UV radiation, leading to a complex mixture with potentially harmful effects. In order to investigate these aspects further and to be able to give recommendations for the use of additives in plastics, further effect-related investigations are advisable

Lösungsstrategien zur Verminderung von Einträgen von urbanem Plastik in limnische Systeme - PLASTRAT - Synthesebericht

Der Einsatz von Plastik gehört zu den großen Errungenschaften unserer Zeit. Die Nutzung von Plastik in unseren verschiedenen Lebensbereichen ermöglicht uns heute Vieles. Dabei setzen wir Plastik oft ein, ohne dass uns dies bewusst ist. Wieviel „virtuelles Plastik“ war allein notwendig, um diesen Synthesebericht zu erstellen? Wieviel Plastik benötigen Sie gerade, um diesen Synthesebericht zu lesen? Wie so oft, so hat auch der Einsatz von Plastik zwei Seiten: den positiven Errungenschaften stehen negative Auswirkungen gegenüber, vor allem nach der Nutzung von Plastik. Im Fokus stehen hierbei Fragestellungen der Toxikologie sowie der Abfallverwertung. Im Gegensatz zu vielen anderen Stoffen, mit denen wir täglich in Berührung sind, hat Plastik die Eigenschaft, dass sich kleinste Partikel bilden. So ist es nicht verwunderlich, dass sich mittlerweile in allen Umweltmedien Mikroplastikpartikel finden lassen. Die Idee von PLASTRAT war es, in einem interdisziplinären Team Ansätze für die Verminderung von Einträgen von Plastik in Gewässer zu untersuchen. Dabei standen über den Ansatz der systemischen Risikoanalyse die unterschiedlichen Sektoren im Fokus, angefangen von der Erzeugung, über die Nutzung bis hin zu den Eintragspfaden und die toxikologische Bewertung. Der Synthesebericht fasst die Ergebnisse von PLASTRAT zusammen. Vor allem zeigt der Synthesebericht die großen Herausforderungen sowie Lösungsansätze zum Thema Mikroplastik auf. Dabei wird auch deutlich, dass wir bei vielen Fragestellungen zum Umgang mit Plastik erst am Anfang stehen. Die ersten Ideen zu PLASTRAT entstanden 2016. In den vergangenen fünf Jahren stand das Thema Plastik im Fokus von Öffentlichkeit und Presse. In dieser Zeit gab es bereits wichtige Veränderungen beim Einsatz von Plastik bei diversen Produkten, beispielsweise durch die Substitution durch alternative Materialien. Dies zeigt deutlich, dass eine Bewusstseinsveränderung stattgefunden hat, die sich sicherlich in der Zukunft fortsetzten wird. Die Arbeiten und Diskussionen im Projektteam von PLASTRAT waren spannend. In vielen Projektbesprechungen wurde an den Forschungsfragestellungen gearbeitet und nach Lösungen gesucht. Es gab einen intensiven persönlichen Austausch mit allen am Projekt beteiligten Personen, so dass uns die seit 2020 geltenden Einschränkungen durch die Corona-Pandemie nicht immer leichtgefallen sind. Wir möchten uns bei allen bedanken, die bei PLASTRAT mitgewirkt haben. Allen Lesern des Syntheseberichts wünschen wir viele Freude beim Lesen und hoffen, dass wir Ihnen einen Impuls für den zukünftigen Umgang mit (Mikro-)Plastik geben können