Charles Darwin okrzyknął dżdżownice w 1881 roku „inżynieriami
Transkrypt
Charles Darwin okrzyknął dżdżownice w 1881 roku „inżynieriami
Nr wniosku: 220156, nr raportu: 12754. Kierownik (z rap.): mgr inż. Agnieszka Beata Rorat Charles Darwin okrzyknął dżdżownice w 1881 roku „inżynieriami ziemi”, jednocześnie zwracając po raz pierwszy uwagę świata nauki na te bezkręgowce. Niemalże sto lat później, doceniono wysoki potencjał dżdżownic kompostowych w procesie przetwarzania materii organicznej w wermikompost. Proces ten, nazwany vermikompostowaniem, to niedroga i nowoczesna metoda biodegradacji bioodpadów, w wyniku której otrzymywany jest wartościowy produkt. Pierwsze próby wykorzystania dżdżownic gatunku Eisenia fetida do biokonwersji odpadów podjęła grupa amerykańskich naukowców w 1977 roku, a niedługo później jako substrat w procesie zastosowano z powodzeniem osady ściekowe. Odpad ten, ze względu na dużą zawartość szeregu zanieczyszczeń, w tym metali ciężkich, chemikaliów oraz mikroorganizmów patogennych nie powinien być bezpośrednio stosowany jako nawóz w rolnictwie. Jednocześnie zmiany w prawie europejskim zmuszają inżynierię środowiskową do poszukiwania nowych, skutecznych a zarazem ekologicznych sposobów ich utylizacji. Kompostowanie i wermikompostowanie to metody biologicznego rozkładu odpadów w obecności tlenu, które doskonale wpasowują się w strategię recyklingu wartościowych makro i mikroskładników z osadów ściekowych. Wermikompostowanie to stosunkowo nowa, niedroga i przyjazna środowisku metoda biodegradacji materii organicznej, w której dżdżownice zatrudnione są jako naturalne bioreaktory. Głównym celem projektu było określenie wzajemnych zależności pomiędzy zanieczyszczeniami (metalami ciężkimi, mikroorganizmami oraz wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi) a dżdżownicami trzech gatunków: Eisenia fetida, Eisenia andrei oraz Dendrobaena veneta w procesie wermikompostowania osadów ściekowych. Wybrane gatunki cechuje duża odporność na zmieniające się warunki atmosferyczne oraz obecne w podłożu zanieczyszczenia. Analiza zmian ekspresji genów, między innymi metalotioneiny, syntazy fitochelatynowej oraz lizeniny, w korelacji ze zmianami zaobserwowanymi na poziomie komórkowym umożliwiła częściowe wyjaśnienie mechanizmów zaangażowanych w proces detoksyfikacji. Poszczególne biomarkery reakcji odpornościowej u dżdżownic wyłonione w projekcie mogą służyć jako bioindykatory dysfunkcji ekosystemów oraz jako narzędzia do biomonitorowania procesu wermikompostowania. Układ odpornościowy dżdżownic opiera się na aktywności komórek immunologicznych (celomocytów) z dwiema subpopulacjami. Amebocyty , które wykazują aktywność fagocytarną, wykryte zostały u wszystkich poznanych gatunków, podczas gdy obecność autofluorescencyjnych eleocytów jest gatunkowo zależna. Źródłem wspomnianej fluorescencji jest częściowo ryboflawina, zaangażowana w procesy odpornościowe u kręgowców. Liczba komórek odpornościowych, zawartość ryboflawiny oraz zmiany ekspresji poszczególnych genów zaangażowanych w reakcję stresową ulega zmianom pod wpływem zanieczyszczeń obecnych w substracie. Wybrane modyfikacje procesu wermikompostowania wpłynęły na jakość produktu uzyskanego w procesie oraz na odpowiedź stresową dżdżownic. W serii doświadczeń zastosowano różne gatunki dżdżownic w różnych gęstościach hodowlanych, substrat (osady ściekowe) pochodzące z różnych oczyszczalni ścieków na terenie Polski oraz Francji charakteryzujące się różną zawartością metali ciężkich, WWA oraz różnymi właściwościami fizyczno-chemicznymi. Ponadto poszczególne fizyczne o chemiczne parametry kompostu determinują odpowiedź immunologiczną dżdżownic. Eisenia fetida, Eisenia andrei oraz Dendrobaena veneta przyspiespieszają rozkład wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i akumulują niektóre metale ciężkie. Uzyskane wyniki pozwoliły na stworzenie profilu odpowiedzi immunologicznej dżdżownic kompostowych w zetknięciu z zanieczyszczeniami zawartymi w substracie. Eksperyment przeprowadzony w skali laboratoryjnej, czyli propozycja połączenia technologii kompostowania i wermikompostowania stanowił doświadczenie pilotowe określające dokładnie wpływ dżdżownic kompostowych na jakość produktu uzyskanego w procesie kompostowania. Dzięki temu możliwe jest rozpoczęcie badań nad zastosowaniem tego połączonego systemu na skalę przemysłową.