PlAsTic effecTs on the Exchanges of nutRients and biological informatioN in aquatic ecosystems

Plastforurensning er et globalt miljøproblem og ferskvann er spesielt utsatt for opphopning av plastavfall og mikroplast. Den kontinuerlige tilførselen av plast til ferskvann medfører at man får en ny komponent i økosystemet som også er til stede i høye nivåer. Dette medfører at plast kan endre den naturlige tilførselen av næringsstoffer og organismer i økosystemet. Plast kan faktisk være et substrat for kolonisering av mikroorganismer, inkludert bakterier og alger. Disse organismene vil danne en biofilm som kan spille en viktig rolle i å endre de naturlige tilførslene i økosystemet. Biofilmene kan trekke ut kjemikaliene som finnes i plast, konkurrere om næringsstoffer med det naturlige algesamfunnet og bytte ut organismer med det som er naturlige forekommende i sedimenter og vann. Disse prosessene kan medføre endringer i næringssykluser og den naturlige sammensetningen av algesamfunnet i vannmiljøet. I PATTERN vil vi undersøke om biofilm som vokser på plast kan konkurrere om næringsstoffer med naturlige forekommende samfunn, og i laboratorieforsøk vil det undersøkes om plast kan favorisere spredning av organismene som finnes i biofilmene. Vi vil først vurdere disse effektene i simulerte ferskvannsforhold og deretter integrere naturlige sedimenter for å øke kompleksiteten. Vi vil undersøke responsene på samfunnet i forhold til taksonomi og målinger av funksjonelle og fysiologiske responser. Dette prosjektet vil tilføre nye forskningsspørsmål for å forstå hvordan økosystemer vil fungere i plastforurensede miljøer.

Plastic is ubiquitous in the environment with freshwater ecosystems acting as major accumulators. Here plastic can be seen as a new substantial component of benthic and pelagic habitats. As such, plastic can potentially affect sediment physical-chemical properties and energy balance, altering the natural exchange of nutrients and organisms with the water column. Biofilms surrounding environmental plastics may mobilize chemicals contained in plastics (including metals), compete for nutrients and exchange biological information with sediments and water. I hypothesize that these processes can impair natural nutrient cycles and the assembling of natural microbial communities in polluted environments. First, I will assess whether biofilms growing on plastics can utilize nutrients present in the ageing polymer matrix and whether they can affect the development of the natural pelagic microbial community through competition and exchange of organisms. Next, using germination experiments, I will study how dispersal of organisms from and to the plastic biofilm can affect the pelagic microbial community. For this, I will translocate plastics naturally or artificially coated with biofilms into microcosms containing pristine sediments and hosting a pelagic community spontaneously germinated from them. I will do this while factoring out for the effects of plastic type, ageing and biofilm origin. Changes in physical-chemical properties of sediments, alterations of fluxes of nutrients between benthic and pelagic phases, and responses in community structures and functions will be monitored. Community level responses will be analyzed through both taxonomy, trait distribution analysis and measurements of functional and physiological responses. PATTERN will possibly unfold a new avenue for addressing ecosystem-level responses to plastics, enabling to rate the influence of driving factors and to scale evidences for their actual environmental relevance.