揭秘塑料際：海洋生物的“人造棲息地”（下）（胥悅 方崇宇）

獨(dú)一無二的微觀生態(tài)系統(tǒng)

通過上述過程，海洋塑料碎片的表面很快就會被一層薄薄的生物膜覆蓋，形成獨(dú)特的微生物棲息地——塑料際。因此，人類排放的漂浮在海洋中的塑料垃圾，不僅是海洋環(huán)境的污染物，還與海洋生物“默契”地形成了共生關(guān)系，締造了新的“生命綠洲”。這一完全由人造物質(zhì)提供的全新生態(tài)系統(tǒng)，展現(xiàn)出獨(dú)特的功能與多樣性。

塑料際的“居民們”

塑料際不是簡單的微生物附著物。塑料際生物膜中的微生物種類豐富，構(gòu)成了一個成分獨(dú)特的微生物“社會”，其中包括初級生產(chǎn)者、捕食者、分解者以及共生生物等多種生物角色。在各種塑料際中，細(xì)菌是主要的生物類群，包括變形菌門Proteobacteria、擬桿菌門Bacteroidetes、放線菌門Actinobacteria等。塑料際還包括不少光合生物，例如硅藻和藍(lán)細(xì)菌，它們發(fā)揮著重要的生產(chǎn)者的作用。此外，真菌、纖毛蟲等微生物也被發(fā)現(xiàn)生活在塑料表面。這些微生物緊密排列在塑料表面，形成了一個完整、復(fù)雜的微觀生態(tài)系統(tǒng)。[12,13]

相比于生物種類分布更“均質(zhì)”的自然海洋生態(tài)系統(tǒng)，塑料際生態(tài)系統(tǒng)具有更高的生物異質(zhì)性，也就是說，其微生物種類差異更大。雖然還沒發(fā)現(xiàn)僅生活在塑料際的海洋微生物，但有不少研究表明，某些在自然水體中相對稀少或不占優(yōu)勢的微生物，反而能在塑料際聚集。例如，弧菌屬Vibrio的細(xì)菌在一些塑料樣本中占據(jù)高達(dá)24%的比例，遠(yuǎn)高于在自然海水中的比例（<1%）。此外，“鑲嵌”在塑料表面凹陷中的微生物群落，以及多種烴類降解微生物也更喜歡聚集在塑料際中。當(dāng)然，塑料垃圾來源于人類排放，形成的塑料際中也包含不少陸地原始環(huán)境中的微生物，它們將塑料際作為自己的“安全屋”，讓自己更易適應(yīng)海洋環(huán)境。這些現(xiàn)象揭示了塑料際生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)特的生物結(jié)構(gòu)。[12-14]

什么塑造了這個獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)？

塑料際的微生物組成體現(xiàn)出強(qiáng)烈的區(qū)域特征。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在不同海域、不同緯度、不同深度，塑料際微生物群落都具有較大的差異，這是由海洋環(huán)境不同的物理、化學(xué)特性導(dǎo)致的。[15]

同時(shí)，塑料聚合物的類型（PE、PP等）也會影響附著微生物的種類。但與其所在海域與環(huán)境因素相比，塑料類型的作用相對次要，表明微生物能否生存主要還是取決于其所處海水環(huán)境，而不是塑料載體。[15,16]

此外，塑料際并非一成不變，而是不斷演化、群落多樣性不斷提高、結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜的。塑料際形成早期通常由硅藻主導(dǎo)，積累光合產(chǎn)物，有利于生物膜形成；后期則會富集具有固氮等功能的微生物類群。這說明塑料際的生物群落結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間演變，與生物膜成熟度息息相關(guān)。[13]

塑料際的功能與潛在影響

塑料的難降解性導(dǎo)致它們?nèi)菀住半S波逐流”，在海洋里隨著洋流輸送，伴隨著塑料際生物膜的保護(hù)作用，形成一個個高效的微生物“木筏”。生存在塑料際的微生物通過這些“木筏”，穿梭在各個海域空間。因此，各種病原體、污染物便會通過塑料際肆意傳播，不僅存在被魚類、浮游動物、貝類等生物誤食而積累微塑料的風(fēng)險(xiǎn)，還促進(jìn)了病原體的傳播，增加藻華、生物病害的發(fā)生概率，并通過級聯(lián)放大效應(yīng)最終影響到我們?nèi)祟悺12,14]

當(dāng)然，塑料際作為眾多微生物的棲息地，也會參與海洋的元素循環(huán)過程。塑料本身就是有機(jī)碳聚合物，能夠吸附海水中的有機(jī)物質(zhì)，因此，相比于周圍自然水體，塑料際中的微生物具有更強(qiáng)的代謝有機(jī)化合物的能力。已有證據(jù)表明，塑料際中生存著多種已知的烴類降解細(xì)菌。換言之，塑料際也具有更高的降解有機(jī)污染物的潛力，對海上石油泄漏、陸地工業(yè)污染物排放的治理也許能夠發(fā)揮一定的作用。同時(shí)，塑料際中的部分微生物還具有反硝化、還原硝酸鹽以及氧化硫化物等功能，也許會進(jìn)一步影響著周圍海洋環(huán)境的氮循環(huán)、硫循環(huán)。[12,14]

結(jié)語

毋庸置疑，塑料垃圾、微塑料對海洋環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，甚至?xí)绊懙饺祟悺５芰显谂湃牒Ｑ蟮倪^程中，也“意外”創(chuàng)造了獨(dú)特的塑料際生態(tài)系統(tǒng)。塑料際不僅僅是生物附著物，更是結(jié)構(gòu)完整、功能復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，具有許多我們尚未發(fā)現(xiàn)的潛力。多角度、深入地研究海洋微塑料，有助于我們了解當(dāng)前海洋環(huán)境變化，制定相關(guān)政策，妥善處理人與自然的關(guān)系，為人類與地球開創(chuàng)可持續(xù)發(fā)展的未來！

塑料際的潛在威脅（氣候變化、動植物健康、人類健康、食品安全、水質(zhì)、土壤質(zhì)量、微生物入侵等方面） / 引自文獻(xiàn)[14]

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信息來源：廈門大學(xué)

作者：胥悅、方崇宇

由海洋負(fù)排放（ONCE）國際大科學(xué)計(jì)劃、廈門大學(xué)碳中和創(chuàng)新研究中心支持。