Vi nhựa đang tích tụ trong đất nông nghiệp.

Vi hạt nhựa là những mảnh nhựa nhỏ hơn 5 milimét. Trong môi trường nông nghiệp, chúng có thể xâm nhập vào đất thông qua màng phủ nhựa, bùn thải, nước tưới tiêu và sự phân hủy của rác thải nhựa lớn hơn.

Một nhóm các nhà nghiên cứu do Đại học Giang Tô dẫn đầu tập trung vào những gì xảy ra ở cấp độ vi mô trên bề mặt các hạt nhựa, nơi các vi sinh vật gặp gỡ, cạnh tranh và trao đổi gen.

Họ cho rằng những tương tác này có thể ảnh hưởng đến độ phì nhiêu của đất , sự phục hồi của hệ sinh thái và tính bền vững lâu dài của nông nghiệp.

Khi xâm nhập vào đất, chúng có thể làm thay đổi cấu trúc đất, cản trở chu trình dinh dưỡng và ảnh hưởng đến các sinh vật duy trì hệ sinh thái đất.

Một môi trường sống vi mô mới trong đất

Các nhà nghiên cứu mô tả vi nhựa tạo ra các môi trường vi mô độc đáo trong đất gọi là plastispheres. Đây là các cộng đồng màng sinh học nơi vi sinh vật bám vào bề mặt nhựa, tạo thành các mạng lưới dày đặc và hoạt động mạnh.

Do vi sinh vật tập trung trên bề mặt nhựa, sự tương tác giữa chúng có thể trở nên mạnh mẽ hơn so với trong đất xung quanh. Những thể đất sét này không chỉ thu thập vi sinh vật. Chúng có thể thay đổi cách thức hoạt động của cộng đồng vi sinh vật, cách chất dinh dưỡng di chuyển trong đất và khả năng phục hồi của đất sau khi chịu tác động.

Nói cách khác, các mảnh nhựa có thể hoạt động như những "điểm gặp gỡ" nhỏ, nơi các động lực sinh học mới diễn ra.

Virus là những tác nhân chủ chốt

Một chủ đề trọng tâm trong bài đánh giá là vai trò của thực khuẩn thể, các loại virus lây nhiễm vi khuẩn. Trong đất, những virus này có thể định hình lại quần thể vi khuẩn bằng cách lây nhiễm vào tế bào và khiến chúng vỡ ra.

Quá trình đó không chỉ loại bỏ vi khuẩn. Nó có thể làm thay đổi các nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế và ảnh hưởng đến chu trình dinh dưỡng bằng cách giải phóng các thành phần tế bào trở lại môi trường.

Các tác giả cũng nhấn mạnh vai trò thứ hai của virus: chuyển gen. Khi virus di chuyển giữa các vi sinh vật, chúng có thể mang theo vật chất di truyền. Điều đó có thể lan truyền các đặc điểm trong cộng đồng vi sinh vật, có khả năng thay đổi khả năng hoạt động của cộng đồng đó.

Trên các bề mặt plastisphere, nơi các vi sinh vật tập trung dày đặc, bài đánh giá cho thấy tác động của virus có thể trở nên nghiêm trọng hơn nữa.

Trao đổi gen có thể có lợi hoặc có hại.

Bài đánh giá này trình bày sự trao đổi gen của virus như một con dao hai lưỡi. Trong trường hợp tốt nhất, virus có thể lan truyền các gen giúp vi sinh vật phân hủy vật liệu nhựa hiệu quả hơn.

Điều đó có thể hỗ trợ quá trình phân hủy sinh học tự nhiên, ngay cả khi diễn ra chậm. Nhưng quá trình tương tự cũng có thể làm lan truyền các gen kháng kháng sinh hoặc các đặc điểm khác gây hại về lâu dài.

Nếu các thể nhựa trở thành điểm nóng cho sự trao đổi gen, chúng có thể đẩy nhanh những thay đổi trong cộng đồng vi sinh vật theo những cách mà chúng ta không hoàn toàn kiểm soát được.

“Virus có thể đóng vai trò vừa là tác nhân điều tiết sinh thái vừa là tác nhân truyền tin di truyền trong hệ sinh thái đất”, các tác giả lưu ý.

“Hiểu rõ vai trò kép này là rất quan trọng nếu chúng ta muốn khai thác các quá trình vi sinh vật để phục hồi môi trường đồng thời giảm thiểu các rủi ro tiềm tàng.”

Thông điệp đưa ra mang tính thận trọng: chính những cơ chế khiến virus trở thành công cụ hữu ích cũng đồng thời khiến chúng trở thành mối nguy tiềm tàng.

Đẩy nhanh quá trình phân hủy nhựa

Bài đánh giá cũng khám phá các khái niệm mới nổi về việc sử dụng các hệ thống liên quan đến virus để tăng cường quá trình phân hủy nhựa trong đất.

Những ý tưởng này vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và chủ yếu mang tính lý thuyết, nhưng các tác giả đã nêu ra một vài hướng mà các nhà nghiên cứu đang xem xét.

Một trong những phương pháp đó là tăng cường vi sinh vật bằng thực khuẩn thể, trong đó thực khuẩn thể có thể được sử dụng để định hướng cộng đồng vi sinh vật theo hướng phân hủy chất dẻo hiệu quả hơn.

Một phương pháp khác liên quan đến các hạt giống virus chứa các nanoenzyme xúc tác, được thiết kế để đưa enzyme trực tiếp đến bề mặt nhựa và đẩy nhanh quá trình phân hủy polymer.

Những phương pháp này được mô tả là sáng tạo nhưng chưa sẵn sàng để triển khai trong thực tế.

Các tác giả cảnh báo rằng bất kỳ nỗ lực nào sử dụng virus làm công cụ đều đặt ra những câu hỏi nghiêm trọng, bao gồm an toàn sinh học, chuyển gen ngoài ý muốn và khó khăn trong việc dự đoán những gì sẽ xảy ra trong các loại đất tự nhiên phức tạp.

Thiếu bằng chứng thực địa dài hạn

Một hạn chế lớn trong khoa học hiện nay là hầu hết các nghiên cứu đều xuất phát từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc các quan sát ngắn hạn.

Các chuyên gia cho rằng đất đai thay đổi theo mùa và theo năm, và mối quan hệ giữa virus, vi sinh vật và vi nhựa có thể biến đổi theo những cách mà các nghiên cứu ngắn hạn không thể phát hiện ra.

Việc thiếu dữ liệu thực địa dài hạn là một trở ngại nghiêm trọng. Nếu không có dữ liệu này, khó có thể biết liệu các hệ sinh thái đất sét có trở thành hệ sinh thái ổn định, điểm nóng tạm thời hay là thứ gì đó thay đổi theo độ ẩm, nhiệt độ, phương pháp canh tác và thời gian.

Cần tiến hành nghiên cứu thêm

Bản đánh giá này thúc đẩy sự hợp tác giữa các lĩnh vực: vi sinh học, virus học, khoa học đất, kỹ thuật môi trường và chính sách.

Các nhà khoa học lưu ý rằng việc hiểu về các thể dẻo trong đất đòi hỏi phải kết hợp kiến ​​thức sinh thái với các phương pháp mới có thể hé lộ những tương tác tiềm ẩn.

Họ chỉ ra những công cụ có thể giúp làm sáng tỏ hơn các mạng lưới này, bao gồm viromics tế bào đơn, dự đoán vật chủ dựa trên trí tuệ nhân tạo và các phương pháp đaomics tiên tiến.

Mục tiêu là không chỉ lập bản đồ những vi sinh vật nào hiện diện, mà còn cả những virus mà chúng tương tác và những gen nào đang di chuyển trong hệ thống.

Những công cụ mạnh mẽ cho đất đai bền vững

Tóm lại, nghiên cứu này cho thấy rằng hệ vi sinh vật trong đất, tức là cộng đồng virus trong đất, cần được quan tâm nhiều hơn trong các cuộc thảo luận về ô nhiễm nhựa.

“Việc nhận ra vai trò của hệ vi sinh vật trong đất mang lại cho chúng ta một góc nhìn mới về cách các hệ sinh thái phản ứng với ô nhiễm,” các nhà nghiên cứu viết.

“Với sự nghiên cứu và hợp tác cẩn thận, những tương tác vi mô này có thể trở thành công cụ mạnh mẽ để tái tạo đất đai bền vững trong một thế giới ngày càng phải đối mặt với thách thức ô nhiễm nhựa.”

Ý tưởng cốt lõi của bài đánh giá rất đơn giản nhưng đáng lo ngại: vi nhựa không phải là những mảnh vụn thụ động. Trong đất, chúng có thể trở thành những đấu trường sinh học thu nhỏ, nơi vi sinh vật và virus định hình lại lẫn nhau – và bằng cách đó, định hình lại vùng đất mà chúng ta phụ thuộc vào để sản xuất lương thực.