الجسيمات البلاستيكية الدقيقة في المياه ليست عديمة التأثير، بل تُنتج بذاتها مواد كيميائية ضارة

يبقى تأثيرها على الناس سؤالاً مطروحاً باستمرار.

ويظل تأثيرها على الناس سؤالا مستمرا.

يتم عرض المياه المعبأة للبيع في محل بقالة Randalls في 10 يناير 2024 في أوستن، تكساس.

أحد أسباب استخدام البلاستيك في كثير من الأحيان هو أنه خامل كيميائيًا، مما يعني أن الأكياس وحاويات الطعام والأكواب لن تتفاعل مع ما نضعه فيها. ومع ذلك، لا يزال من الممكن أن تتحلل إلى جسيمات بلاستيكية دقيقة تظهر في مياه الشرب ودم الإنسان والشرايين والأدمغة. العواقب غير واضحة.

يقول الكيميائي في جامعة كولومبيا وي مين: "ما إذا كانت الجسيمات البلاستيكية الدقيقة يمكن أن تسبب أمراضًا للإنسان بشكل مباشر لا تزال قيد التحقيق". في دراسة جديدة نشرت في مجلة Nature، اتخذ فريق ماين خطوة نحو الإجابة على هذا السؤال، موضحًا أن المواد البلاستيكية الدقيقة ربما ليست خاملة كيميائيًا كما كنا نتوقع.

لقد عمل مختبر ماين على كيمياء القطرات لسنوات، حيث قام بدراسة كيفية سلوك الماء المنقسم إلى قطيرات عند حدوده مع الهواء. تم الإبلاغ عن أن هذه القطرات تنتج أنواع الأكسجين التفاعلية، أو ROS، وهي عائلة من الجزيئات الضارة المحتوية على الأكسجين. وقال مين: "إن أنواع ROS تضرب بشكل أساسي البروتينات والدهون والحمض النووي وتسبب الضرر". "يمكنك كسر خيط من الحمض النووي إلى قطع. يمكنك تحوير الحمض النووي، يمكنك خلل في البروتينات."

ربطت العديد من الدراسات التي أجريت على الحيوانات سمية البلاستيك الدقيق بالإجهاد التأكسدي الذي يسببه ROS. لذا تساءل الفريق عما إذا كان الحد الفاصل بين الماء والبلاستيك قد يفعل شيئًا مشابهًا. قال جريمين: "لقد ألهمنا هذا السياق".

في التجربة الأولى، قام الفريق بخلط مسحوق البوليسترين في ماء يحتوي على الميثيل البرتقالي، وهي صبغة صفراء تتخلص من أنواع ROS. وفي غضون 10 أيام، أصبح المحلول عديم اللون تقريبًا وفقد حوالي 90٪ من اللون. في الإيثانول أو المذيبات الأخرى، بقي اللون سليما. وخلص مين وزملاؤه إلى أن أي كيمياء للبوليسترين تتطلب الماء لتحقيقها. لذلك أجروا المزيد من الاختبارات.

الأول كان رنين الإلكترون المغزلي، وهي تقنية تكتشف بشكل مباشر الجذور - الذرات أو الجزيئات التي تحتوي على إلكترون غير مزدوج مما يجعلها متفاعلة بشكل خاص. يحتوي خليط مسحوق البوليسترين والماء على جذور الهيدروكسيل، وهي ROS شديدة التفاعل.

بعد ذلك، استخدم الفريق مستشعر الفلورسنت الذي يضيء فقط عندما يتفاعل مع جذور الهيدروكسيل. وقال مين: "أنت لا تراه، ولكن عندما يتفاعل مع ROS المحلي، فإنه يتحول إلى لون مشرق". تحت المجهر، تركز التوهج على أسطح جزيئات البلاستيك واستمر في التراكم مع مرور الوقت.

لم يكن هذا التأثير فريدًا بالنسبة للبوليسترين أيضًا. اختبر العلماء ستة أنواع من البلاستيك الشائع - البولي إيثيلين، والبولي بروبيلين، والبوليسترين، والـ PVC، والـ PET، والأكريليك - وجميعها أنتجت جذورًا. وكانت المواد البلاستيكية المقاومة للماء، مثل البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، هي الأكثر نشاطًا، في حين كانت مادة PET والأكريليك، التي تحتوي على مجموعات كيميائية ماصة للماء، هي الأقل نشاطًا.

وقال مين: "إن أبسط إجابة هي أن الاستجابات الأكثر كارهة للماء تغير بنية الماء أكثر من غيرها". في الماء العادي أو السائب، يتم ربط كل جزيء معًا بواسطة شبكة من الروابط الهيدروجينية مع جيرانه. لكن طبقات قليلة من جزيئات الماء المضغوطة على سطح طارد للماء تفقد بعضًا من هؤلاء الشركاء. وقال مين "إن بنيتهم ​​لم تعد البنية الطبيعية للمياه. إنهم مضطربون وطاقتهم زادت بشكل كبير".

يحتوي الماء دائمًا على عدد صغير من أيونات الهيدروكسيد، وتحويل أي منها إلى جذر الهيدروكسيل يتطلب إزالة إلكترون. في المياه السائبة، وهذا يكلف الكثير من الطاقة. لكن عمليات المحاكاة التي أجرتها هذه المجموعة أظهرت أنه على سطح البولي إيثيلين، تتطلب أيونات الهيدروكسيد ذات الروابط الهيدروجينية الأقصر طاقة أقل بكثير لتكوين الجذور. بالإضافة إلى ذلك، تخلق الأسطح البلاستيكية شحنة كهربائية سلبية في الماء، مما يقلل من تكاليف الطاقة.

لكن فريق ماين لا يزال لديه شكوك تحتاج إلى معالجة قبل تقديم أي مطالبات نهائية.

لقد أثار عمل ماين السابق في كيمياء القطرات الكثير من الانتقادات، حيث زعم بعض الباحثين أن المواد الكيميائية التفاعلية المبلغ عنها تأتي من التلوث أو أدوات القياس.

ولتجنب الاعتراضات المماثلة، استخدم مين وزملاؤه عدة طرق كشف مستقلة. وأضافوا أيضًا مادة خافضة للتوتر السطحي تشبه المنظفات والتي تغطي البلاستيك وتعطل طبقة الماء على سطحه. ووجدوا أنه كلما أضافوا المزيد من المواد الخافضة للتوتر السطحي، ضعفت الشحنة الكهربائية للبلاستيك وقل إنتاج الجذور. قال مين: "نحن نغير معلمة واحدة فقط مع الحفاظ على الباقي [نفسه]". "نحن نستخدم نفس البلاستيك، ونفس الماء، ونفس كل شيء."

وأوضح ماين أن الشوائب عادة ما تكون جزيئات مستقرة ليس لها سبب لتوليد الجذور تلقائيا. ومع ذلك، فهو حريص على عدم المبالغة في ذلك. وقال "لكي نكون واضحين تماما، لا يمكننا أن نستبعد بنسبة 100 في المئة تورط الشوائب". لكن ضوابطنا ودراساتنا الحسابية النظرية تشير بقوة إلى أن هذا أمر جوهري بالنسبة للواجهة بين المياه البلاستيكية الدقيقة.

أخيرًا، اختبر الفريق ما إذا كانت كيمياء الواجهة هذه مهمة للجزيئات البيولوجية. وربما يفعل ذلك.

يمكن أن تتجمع البروتينات والحمض النووي على الأسطح البلاستيكية، كما بدأ الليزوزيم، وهو بروتين تجريبي شائع، في التجمع في الخرز هناك. إن إضافة الكافيين، الذي يتخلص من الجذور الحرة، حال دون التراكم المنسوب إلى الجذور إلى حد كبير.

تحطمت خلايا الدم الحمراء التي لامست جزيئات البوليسترين في الفئران إلى قطع، وكان الضرر الناجم عن كل نوع من البلاستيك يتتبع عدد الجذور المنتجة. واستمر هذا التأثير في مصل الدم.

ومع ذلك، أكد مين أن هذا يشير إلى أن المواد البلاستيكية الدقيقة تصيب الناس بالمرض من خلال إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية. في حين أن الدراسات التي أجريت على الحيوانات تشير في كثير من الأحيان إلى أنواع الأكسجين التفاعلية كأصول محتملة للإجهاد التأكسدي والالتهابات المزمنة، إلا أنه يمكن إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية بعدة طرق، بما في ذلك من خلال النشاط الأيضي الأساسي.

واعترف مين بأنه سيكون من الصعب مقارنة حجم هذا التأثير بتأثير أنواع الأكسجين التفاعلية التي تنتجها خلايانا.

"إذا كنت حقًا في الواجهة، فقد تتأثر بشكل كبير، بينما إذا كنت على بعد بضعة ميكرونات فقط، فلن تشعر بذلك." قال مين. التعرض هو آخر غير معروف. وشدد مين أيضًا على أنه لا يمكن لأحد حتى الآن تحديد كمية المواد البلاستيكية الدقيقة التي يحصل عليها الشخص العادي من الطعام والماء والهواء كل عام.

كانت المواد البلاستيكية التي تمت دراستها في الغالب عبارة عن مساحيق طازجة تم شراؤها في المختبرات، على عكس الجزيئات التي نواجهها في البيئة. وفي تجارب الفريق، أنتجت الجسيمات الأقدم ذات الأسطح الأكثر أكسدة إشارات أضعف. وقال مين "إن عملية الشيخوخة هذه غير متجانسة للغاية". تم تصنيع بعض جزيئات البلاستيك الدقيقة قبل 50 عامًا، وقبل حوالي خمسة أيام. وأخيرا، هناك مسألة الحجم.

عادةً ما يتم تعريف المواد البلاستيكية الدقيقة على أنها جزيئات أصغر من خمسة ملليمترات، في حين يتراوح الحد الأدنى للقطع من 100 إلى 1000 نانومتر. ولم يختبر فريق مين كيفية تأثير التغيرات في حجم جزيئات البلاستيك الدقيقة على كيمياء سطح الماء، لكن الباحثين يشتبهون في أنها قد تلعب دورًا. نفس كتلة البلاستيك المقسمة إلى جسيمات نانوية لها مساحة سطح أكبر بكثير، مما قد يؤدي إلى تضخيم التأثير. وقال مين: "قد يكون هذا سببا آخر يجعل المواد البلاستيكية النانوية أكثر خطورة".

ويرى الباحثون أنه إذا كانت الأسطح الكارهة للماء توجه الكيمياء العامة للماء، فيمكن تصميم المواد البلاستيكية لتكون أقل كارهة للماء، إما عن طريق تغيير تركيبها الجزيئي أو المواد المضافة. أولاً، يريد الفريق التركيز على السؤال الذي تركته دراستهم مفتوحًا. نريد بالتأكيد أن نرى مدى مساهمة هذا التأثير بشكل مباشر في الأمراض أو المشاكل البيولوجية لدى الحيوانات والبشر.

الطبيعة، 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-11141-y

جاسيك كريوكو كاتب مستقل في مجال العلوم والتكنولوجيا يغطي استكشاف الفضاء وأبحاث الذكاء الاصطناعي وعلوم الكمبيوتر وجميع أنواع السحر الهندسي.