พลาสติสเฟียร์ เป็น ระบบนิเวศที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตที่สามารถดำรงชีวิตอยู่บนขยะพลาสติกขยะพลาสติกในทะเลโดยเฉพาะอย่างยิ่งไมโครพลาสติกสะสมอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำและเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์หลายชนิด รวมถึงแบคทีเรียและเชื้อรา^{[ 1 ] [ 2 ]}ณ ปี 2022 มีการประมาณการว่ามีไมโครพลาสติก 51 ล้านล้านชิ้นลอยอยู่ในน้ำผิวดินของมหาสมุทรทั่วโลก^{[ 3 ]}พลาสติกขนาด 5 มม. เพียงชิ้นเดียวสามารถเป็นที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์ได้หลายพันชนิด^{[ 4 ]}แบคทีเรียในทะเลบางชนิดสามารถย่อยสลายพอลิเมอร์พลาสติกและใช้คาร์บอนเป็นแหล่งพลังงานได้

มลพิษจากพลาสติกทำหน้าที่เป็น "เรือ" ที่ทนทานกว่า วัสดุ ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพในการขนส่งสิ่งมีชีวิตในระยะทางไกล^{[ 5 ] [ 6 ]}การขนส่งระยะไกลนี้สามารถเคลื่อนย้ายจุลินทรีย์ไปยังระบบนิเวศที่แตกต่างกันและอาจนำสิ่งมีชีวิตรุกราน^{[ 1 ]}รวมถึงสาหร่ายที่เป็นอันตราย เข้ามาได้ ^{[ 7 ]}จุลินทรีย์ที่พบในเศษพลาสติกประกอบเป็นระบบนิเวศทั้งหมดของออโตโทรฟเฮ เท อโรโทรฟและซิมไบออนต์ [ ^{8 ] สาย}พันธุ์จุลินทรีย์ที่พบในพลาสติสเฟียร์แตกต่างจากวัสดุลอยน้ำอื่นๆ ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ (เช่น ขนนกและสาหร่าย) เนื่องจากลักษณะทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์ของพลาสติกและความเร็วในการย่อยสลายทางชีวภาพที่ช้า นอกจากจุลินทรีย์แล้ว แมลงยังเจริญเติบโตในพื้นที่ของมหาสมุทรที่ก่อนหน้านี้ไม่สามารถอาศัยอยู่ได้ ตัวอย่างเช่น สเก็ตทะเลสามารถสืบพันธุ์บนพื้นผิวแข็งที่เกิดจากพลาสติกลอยน้ำได้^{[ 9 ]}

พลาสติสเฟียร์ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 2013 โดยทีมงานนักวิทยาศาสตร์ทางทะเลสามคน ได้แก่ ลินดา อามารัล-เซตต์เลอร์ จากห้องปฏิบัติการชีววิทยาทางทะเล เทรซี่ มินเซอร์ จากสถาบันสมุทรศาสตร์วูดส์โฮลและเอริก เซตต์เลอร์ จากสมาคมการศึกษาทางทะเล^{[ 10 ] [ 11 ]}พวกเขารวบรวมตัวอย่างพลาสติกในระหว่างการเดินทางวิจัยเพื่อศึกษาว่าจุลินทรีย์ทำงานและเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศอย่างไร พวกเขาได้วิเคราะห์เศษพลาสติกที่เก็บรวบรวมในตาข่ายจากหลายตำแหน่งภายในมหาสมุทรแอตแลนติก[ ^{11 ] นัก}วิจัยใช้การผสมผสานระหว่างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกนและการจัดลำดับดีเอ็นเอเพื่อระบุองค์ประกอบของชุมชนจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันของพลาสติสเฟียร์^{[ 11 ]}ในบรรดาสิ่งที่ค้นพบที่โดดเด่นที่สุดคือ "ผู้สร้างหลุม" สิ่งมีชีวิตที่สร้างรอยแตกและหลุมซึ่งเป็นหลักฐานของการย่อยสลายทางชีวภาพ^{[ 11 ] [ 12 ]}และอาจมีศักยภาพในการย่อยสลายไฮโดรคาร์บอนด้วย^{[ 11 ]}ในการวิเคราะห์ นักวิจัยยังพบสมาชิกของสกุลVibrioซึ่งเป็นสกุลที่รวมถึงแบคทีเรียที่ก่อให้เกิดโรคอหิวาต์และโรคทางเดินอาหารอื่นๆ^{[ 13 ]} Vibrioบางชนิด สามารถเรืองแสงได้ และมีการตั้งสมมติฐานว่าสิ่งนี้ดึงดูดปลาที่กินสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่ ^บนพลาสติก ซึ่งจากนั้นจะกินจากกระเพาะของปลา^{[ 14 ]}การศึกษาที่ดำเนินการในทะเลบอลติก^{[ 15 ]}และในทะเลเมดิเตอร์เรเนียน [ ^{16 ]}ยังพบจุลินทรีย์ของสกุลVibrioใน ฟิล์มและเศษ พลาสติกและในเส้นใยพลาสติก ตามลำดับ

พลาสติกถูกคิดค้นขึ้นในปี 1907 โดยLeo Baekelandโดยใช้ฟอร์มาลดีไฮด์และฟีนอล [ ^{17 ] นับ}ตั้งแต่นั้นมา การใช้พลาสติกก็เพิ่มขึ้นอย่างมากและแพร่หลายไปทั่วสังคมมนุษย์ ตั้งแต่ปี 1964 ถึง 2014 การใช้พลาสติกเพิ่มขึ้นถึงยี่สิบเท่า และคาดว่าจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าจากระดับในปี 2014 ภายในปี 2035 ^{[ 18 ]}ความพยายามในการควบคุมการผลิตพลาสติกผ่านการห้ามใช้พลาสติกส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่บรรจุภัณฑ์และพลาสติกใช้ครั้งเดียวทิ้ง แต่ก็ไม่ได้ชะลออัตราการเพิ่มขึ้นของมลพิษจากพลาสติก ในทำนองเดียวกัน อัตรา การรีไซเคิลพลาสติกมีแนวโน้มต่ำ ในสหภาพยุโรปมีเพียง 29% ของพลาสติกที่บริโภคเท่านั้นที่ถูกนำไปรีไซเคิล^{[ 19 ]}พลาสติกที่ไม่ถึงโรงงานรีไซเคิลหรือหลุมฝังกลบ จะสะสมอยู่ในสิ่งแวดล้อมทางทะเลเนื่องจากการทิ้งขยะโดยไม่ได้ตั้งใจ การสูญหายระหว่างการขนส่ง หรือการทิ้งโดยตรงจากเรือ^{[ 19 ]} ในปี 2553 มีการประมาณการว่า ขยะพลาสติก 4 ถึง 12 ล้านเมตริกตัน (Mt) เข้าสู่ระบบนิเวศทางทะเล^{[ 20 ]}

อนุภาคไมโครพลาสติกขนาดเล็กและมองไม่เห็นได้ชัดเจนได้รวมตัวกันในมหาสมุทรตั้งแต่ทศวรรษ 1960 ^{[ 21 ]}ความกังวลล่าสุดเกี่ยวกับมลพิษจากไมโครพลาสติกคือการใช้ฟิล์มพลาสติกในภาคเกษตรกรรม มีการใช้ฟิล์มพลาสติก 7.4 ล้านตันในแต่ละปีเพื่อเพิ่มผลผลิตอาหาร^{[ 22 ]}นักวิทยาศาสตร์พบว่าไบโอฟิล์มของจุลินทรีย์สามารถก่อตัวได้ภายใน 7-14 วันบนพื้นผิวฟิล์มพลาสติก และมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมีของดินและพืชที่เราบริโภค^{[ 23 ]}พบไมโครพลาสติกได้ทุกที่ แม้แต่ในแถบอาร์กติกเนื่องจากการหมุนเวียนของบรรยากาศ^{[ 24 ]}

การศึกษาลำดับขนาดใหญ่พบว่าความหลากหลายอัลฟาในพลาสติสเฟียร์ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับตัวอย่างดินโดยรอบเนื่องจากความหลากหลายของชนิดในพลาสติสเฟียร์ ลดลง ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}ชิ้นส่วนฟิล์มโพลีเมอร์ส่งผลกระทบต่อจุลินทรีย์ในรูปแบบต่างๆ ทำให้เกิดผลกระทบที่หลากหลายต่ออัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในพลาสติสเฟียร์^{[ 25 ] [ 28 ] [ 29 ]}แบคทีเรียที่ย่อยสลายโพลีเมอร์บางชนิดปล่อยสารพิษที่เป็นผลพลอยได้จากการย่อยสลาย ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งการตั้งรกรากของพลาสติสเฟียร์โดยสายพันธุ์อื่นๆ^{[ 25 ]}ความหลากหลายทางสายวิวัฒนาการก็ลดลงในพลาสติสเฟียร์เมื่อเทียบกับตัวอย่างดินใกล้เคียงเช่นกัน^{[ 25 ]}

ชุมชนแบคทีเรียและจุลินทรีย์ในพลาสติสเฟียร์นั้นแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากที่พบในตัวอย่างดินโดยรอบ ทำให้เกิดแหล่งที่อยู่อาศัยทางนิเวศวิทยา ใหม่ ภายในระบบนิเวศ^{[ 25 ] [ 30 ] [ 31 ]}การเจริญเติบโตเฉพาะของแบคทีเรียที่เกิดจากเศษฟิล์มเป็นสาเหตุหลักของการสร้างชุมชนแบคทีเรียที่ไม่เหมือนใคร^{[ 25 ] [ 32 ]}การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของชุมชนแบคทีเรียในพลาสติสเฟียร์เมื่อเวลาผ่านไปยังแสดงให้เห็นว่าสามารถขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่โดยรอบได้อีกด้วย^{[ 25 ] [ 28 ] [ 33 ]}

ในการศึกษาวิจัยอีกชิ้นหนึ่งที่พิจารณาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อความหลากหลายของพลาสติสเฟียร์ นักวิจัยพบว่าจุลินทรีย์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในระดับสูงสุดมักจะชอบชิ้นส่วนพลาสติกที่เป็นสีน้ำเงิน^{[ 34 ]}

เอกสารฉบับปี 2024 อธิบายการทดลองที่ดำเนินการในมหาสมุทรแอตแลนติกและทะเลเมดิเตอร์เรเนียนโดยมีเป้าหมายเพื่อศึกษาการตั้งรกรากและความหลากหลายทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตในพลาสติสเฟียร์ทางทะเล เอกสารดังกล่าวระบุว่าทาร์ดิเกรดฟักตัวอยู่ในพลาสติกในสถานที่จริง^{[ 35 ]}

ความสามารถของแบคทีเรียบางชนิดในการย่อยสลายพอลิเมอร์ช่วยให้พวกมันเจริญเติบโตได้ดีในพลาสติสเฟียร์ ไฟลัมของแบคทีเรียที่มีจำนวนเพิ่มขึ้นในพลาสติสเฟียร์เมื่อเทียบกับตัวอย่างดินที่ไม่มีไมโครแฟรกเมนต์พลาสติก ได้แก่Acidobacteria , Actinobacteria , Bacteroidetes , Chloroflexi, Firmicutes, PlanctomycetesและProteobacteria ^{[ 25 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}นอกจากนี้ แบคทีเรียในอันดับRhizobiales , RhodobacteralesและSphingomonadalesยังเพิ่มจำนวนขึ้นในพลาสติสเฟียร์^{[ 25 ]}ปฏิสัมพันธ์ภายในองค์ประกอบของชุมชนแบคทีเรียที่เป็นเอกลักษณ์ในพลาสติสเฟียร์ส่งผลต่อวัฏจักรทางชีวธรณีเคมี ในท้องถิ่น และปฏิสัมพันธ์ของ ห่วง โซ่อาหาร ของระบบนิเวศ

ชุมชนแบคทีเรียในพลาสติสเฟียร์มีกระบวนการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้น^{[ 25 ]} การวิเคราะห์การเสริมคุณค่าของเส้นทางKEGG ของตัวอย่างพลาสติสเฟียร์แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นของการประมวลผลข้อมูลทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม กระบวนการของเซลล์ และระบบของสิ่งมีชีวิต ^{[ 25 ]}ฟังก์ชันการเผาผลาญที่เพิ่มขึ้นสำหรับชุมชนในพลาสติสเฟียร์ ได้แก่ การเผาผลาญไนโตรเจน เส้นทางการส่งสัญญาณ อินซูลิน การ หลั่งของ แบคทีเรีย การเผาผลาญสารประกอบออร์กาโนฟอสฟอรัส การเผาผลาญสารต้านอนุมูลอิสระ การสังเคราะห์วิตามินบี เคโมแท็กซิส การสังเคราะห์เทอร์พีนอยด์ควิโนน การเผาผลาญกำมะถัน การเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต การย่อยสลายสารกำจัดวัชพืช การเผาผลาญกรดไขมัน การเผาผลาญกรดอะมิโน เส้นทางคีโตนบอดี้ การสังเคราะห์ลิโปโพลีแซคคาไรด์ การย่อยสลายแอลกอฮอล์ การย่อยสลายโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน การเผาผลาญไขมัน การเผาผลาญโคแฟคเตอร์ การเจริญเติบโตของเซลล์ การเคลื่อนที่ของเซลล์ การขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การเผาผลาญพลังงาน และการเผาผลาญสารแปลกปลอม^{[ 25 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

การมีอยู่ของสปีชีส์ที่ย่อยสลายไฮโดรคาร์บอน เช่นแบคทีเรียไฮโดรคาร์บอนอคลาสติกในพลาสติสเฟียร์ แสดงให้เห็นถึงความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างพลาสติสเฟียร์และวัฏจักรคาร์บอน^{[ 25 ] [ 42 ] [ 43 ]}

การวิเคราะห์เมตาจีโนมชี้ให้เห็นว่ายีนที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายคาร์บอน การตรึงไนโตรเจน การแปลงไนโตรเจนอินทรีย์ การออกซิเดชันแอมโมเนีย การลดไนเตรต การละลายฟอสฟอรัสอนินทรีย์ การทำให้ฟอสฟอรัสอินทรีย์กลายเป็นแร่ธาตุ และการผลิตตัวขนส่งฟอสฟอรัสมีความเข้มข้นในพลาสติสเฟียร์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีโดยพลาสติสเฟียร์^{[ 25 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]}ไฟลัมแบคทีเรียเฉพาะที่มีอยู่ในพลาสติสเฟียร์เนื่องจากความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพและบทบาทของพวกมันในวัฏจักรคาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ได้แก่ โปรตีโอแบคทีเรียและแบคเทอรอยเดเตส^{[ 25 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 51 ] [ 52 ]}แบคทีเรียที่ย่อยสลายคาร์บอนบางชนิดสามารถใช้พลาสติกเป็นแหล่งอาหารได้^{[ 53 ] [ 54 ]}

การวิจัยในมหาสมุทรแปซิฟิกตอนใต้ได้ตรวจสอบศักยภาพของพลาสติสเฟียร์ในการมีส่วนร่วมของ CO2 _{และ N2O}โดย_พบว่าพลาสติสเฟียร์มีส่วนร่วมของก๊าซเรือนกระจกค่อนข้างต่ำ อย่างไรก็ตาม สรุปได้ว่าการมีส่วนร่วมของก๊าซเรือนกระจกขึ้นอยู่กับระดับความเข้มข้นของสารอาหารและประเภทของพลาสติก^{[ 55 ]}

การวิเคราะห์การเสริมคุณค่าของเส้นทาง KEGG ของตัวอย่างพลาสติสเฟียร์ชี้ให้เห็นว่าลำดับที่เกี่ยวข้องกับโรคในมนุษย์มีความเข้มข้นในพลาสติสเฟียร์^{[ 25 ]} เชื้อ Vibrio choleraeที่ก่อให้เกิดโรคอหิวาต์ เส้นทางมะเร็ง และลำดับของโรคท็อกโซพลาสโมซิสมีความเข้มข้นในพลาสติสเฟียร์^{[ 13 ] [ 25 ]}แบคทีเรียก่อโรคดำรงอยู่ในพลาสติสเฟียร์ส่วนหนึ่งเนื่องจากการดูดซับสารมลพิษอินทรีย์บนไบโอฟิล์มและการนำไปใช้เป็นสารอาหาร^{[ 25 ] [ 39 ] [ 40 ]}งานวิจัยในปัจจุบันยังมุ่งเป้าไปที่การระบุความสัมพันธ์ระหว่างพลาสติสเฟียร์และไวรัสทางเดินหายใจ และว่าพลาสติสเฟียร์ส่งผลต่อการคงอยู่และการอยู่รอดของไวรัสในสิ่งแวดล้อมหรือไม่^{[ 56 ]}

จุลินทรีย์บางชนิดที่มีอยู่ในพลาสติสเฟียร์มีศักยภาพในการย่อยสลายวัสดุพลาสติก^{[ 19 ]}ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ได้ เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์อาจสามารถใช้จุลินทรีย์เหล่านี้ในการย่อยสลายพลาสติกที่อาจจะตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นเวลาหลายศตวรรษ^{[ 57 ]}อย่างไรก็ตาม เมื่อพลาสติกถูกย่อยสลายเป็นชิ้นเล็กๆ และในที่สุดก็กลายเป็นไมโครพลาสติกก็มีความเป็นไปได้สูงที่จะถูกแพลงก์ตอน กิน เข้าไปและเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร^{[ 58 ]}เมื่อแพลงก์ตอนถูกสิ่งมีชีวิตขนาดใหญ่กินเข้าไป พลาสติกอาจทำให้เกิดการสะสมทางชีวภาพในปลาและสัตว์ทะเลชนิดอื่นๆ ที่มนุษย์กินเข้าไป^{[ 58 ]}ตารางต่อไปนี้แสดงรายการจุลินทรีย์บางชนิดที่มีความสามารถในการย่อยสลายทางชีวภาพ^{[ 19 ]}

กระบวนการย่อยสลายพลาสติกโดยจุลินทรีย์มักจะค่อนข้างช้า^{[ 19 ]}อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามดัดแปลงพันธุกรรมของจุลินทรีย์เหล่านี้เพื่อเพิ่ม ศักยภาพใน การย่อยสลาย พลาสติกทางชีวภาพ ตัวอย่างเช่นIdeonella sakaiensisได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้ย่อยสลาย PETได้ในอัตราที่เร็วขึ้น^{[ 68 ]}การบำบัดล่วงหน้าทางเคมีและทางกายภาพหลายวิธีได้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเพิ่มระดับการย่อยสลายทางชีวภาพของพอลิเมอร์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น การฉายรังสี UV หรือรังสีเอกซ์ ได้ถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มระดับการย่อยสลายทางชีวภาพของพลาสติกบางชนิด^{[ 19 ]}

งานวิจัยล่าสุดโดย Li et al. (2023) ^{[ 69 ]}ได้สานต่อความพยายามนี้ด้วยวิธีการใหม่โดยการรวมความสามารถในการย่อยสลาย PET ของ Ideonella sakaiensis เข้ากับลักษณะความสัมพันธ์กับน้ำเค็มของ Vibrio natriegens งานวิจัยในห้องปฏิบัติการของ Li et al. (2023) ^{[ 69 ]}สามารถนำ DNA จาก I. sakaiensis มาใส่ใน V. natriegens ได้ กระบวนการนี้ทำให้ V. natriegens สามารถสร้างเอนไซม์ที่สามารถย่อยสลายพลาสติก PET ในสภาพแวดล้อมน้ำเค็มได้ แม้ว่างานวิจัยนี้จะทำในห้องปฏิบัติการและที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น แต่ก็ถือเป็นความก้าวหน้าในการพัฒนาจุลินทรีย์ที่สามารถย่อยสลายไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติกซึ่งอาจสะสมอยู่ในสภาพแวดล้อมบนบกและในมหาสมุทรได้

• พลาสติโวร์
• กระแสน้ำวนแปซิฟิกเหนือ
• กองขยะ
• มลพิษจากพลาสติก

• "ยินดีต้อนรับสู่โลกแห่งพลาสติก"นิตยสารThe Economist 20 กรกฎาคม 2013
• Dunning B (16 ธันวาคม 2008). "Skeptoid #132: ทะเลซาร์แกสโซและแพขยะมหาสมุทรแปซิฟิก" . Skeptoid .
• Dvorsky G (13 พฤศจิกายน 2013). "การค้นพบสิ่งมีชีวิตใหม่บนขยะพลาสติกก่อให้เกิด 'พลาสติสเฟียร์'"" . io9 .
• Marshall M (2 กรกฎาคม 2013). "จุลินทรีย์ในพลาสติสเฟียร์เดินทางลงทะเลไปกับเศษซากลอยน้ำ" . New Scientist .