海洋塑料污染新視角

湛藍(lán)的海洋，是地球生命的搖籃，也是萬千生物賴以生存的家園。然而，一場(chǎng)無聲的危機(jī)——海洋塑料污染，正悄然侵蝕著它。從深海峽谷到極地冰帽[1-3]，大大小小的塑料垃圾無處不在，它們纏繞海鳥，堵塞鯨的消化道，甚至改變海岸線的自然面貌。這股“塑料洪流”不僅對(duì)海洋生物的生存構(gòu)成直接威脅，也深刻影響著海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康與平衡。海洋塑料污染無疑已經(jīng)成為21世紀(jì)全球面臨的一項(xiàng)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而，當(dāng)我們將目光聚焦到那些肉眼幾乎不可見的微塑料顆粒時(shí)，一個(gè)更為復(fù)雜且充滿未知的世界展現(xiàn)在我們眼前。

微塑料（microplastic）概念的首次提出源于2004年英國(guó)普利茅斯大學(xué)的一項(xiàng)研究，而后被定義為“直徑小于5毫米的塑料顆粒”[4]。如今，科學(xué)家們驚奇地發(fā)現(xiàn)，這些尺寸微小卻廣泛存在的塑料顆粒，正在海洋中形成一個(gè)獨(dú)特的新舞臺(tái)。當(dāng)它們漂浮在海水中時(shí)，其表面會(huì)迅速附著各種微生物，形成一層肉眼難辨的復(fù)雜生物膜。這種附著在微塑料表面，由特定微生物群落構(gòu)成的獨(dú)特微生態(tài)系統(tǒng)，便被形象地稱為塑料際（plastisphere）。這個(gè)微觀世界里的“居民們”利用微塑料的表面作為家園，開展著它們的生命活動(dòng)。

那么，這些看似普通的微塑料，究竟具備了怎樣的魔力，才得以在浩瀚海洋中化身為微生物青睞的“人造棲息地”？ 而微生物又是如何一步步在其表面“安家落戶”，構(gòu)建起獨(dú)特的塑料際生態(tài)系統(tǒng)？

海洋中的“人造島棲息地”

微塑料的“殖民”條件

微塑料并非單一產(chǎn)物，它們來源多樣，類型復(fù)雜。其主要分為兩大類：初級(jí)微塑料和次級(jí)微塑料。初級(jí)微塑料是指那些生產(chǎn)應(yīng)用之初就呈現(xiàn)微小顆粒形態(tài)的塑料，例如某些洗面奶、牙膏中含有的微珠、工業(yè)磨料等[5]。而更普遍、數(shù)量更龐大的次級(jí)微塑料是指廢棄的塑料瓶、購物袋、漁網(wǎng)、包裝薄膜等在海洋環(huán)境中經(jīng)過陽光紫外線照射、海浪沖刷、風(fēng)力磨損以及生物啃食等作用，逐漸解體、破碎而形成微塑料顆粒[6]。此外，我們?nèi)粘４┲暮铣衫w維衣物在洗滌過程中脫落的微小纖維，也是海洋中次級(jí)微塑料的重要來源。

微塑料的化學(xué)組成多樣。常見的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），其密度均小于海水，使得它們可以在海面或其他水體上層長(zhǎng)期漂浮，隨波逐流，進(jìn)行長(zhǎng)距離的傳播。然而，這種浮力并非一成不變，隨著生物膜的形成，微塑料的密度會(huì)增加，導(dǎo)致其垂直向下運(yùn)輸甚至最終沉入海底。

區(qū)別于那些降解快速的天然有機(jī)物，塑料具有高耐久性，這意味著它們?cè)诃h(huán)境中可以存在數(shù)百年甚至數(shù)千年而不完全降解，為微生物提供了異常穩(wěn)定且持久的生存平臺(tái)。更重要的是，微塑料表面并非一成不變，其在海洋環(huán)境中會(huì)發(fā)生顯著的表面改性。例如，紫外線照射會(huì)導(dǎo)致其表面氧化，變得更加粗糙，并可能改變其電荷和親疏水性。生物膜的形成本身也會(huì)改變微塑料的表面性質(zhì)。這些變化使得微塑料表面更容易吸附水中的溶解性有機(jī)物和微生物，從而成為一種新型的基質(zhì)，與天然的泥沙、巖石或浮游生物顆粒截然不同，提供了前所未有的微生態(tài)位。

微塑料的這些特性皆為微生物的“殖民”創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。

微生物的“殖民”之旅

微生物群落在微塑料上的生長(zhǎng)，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、逐步發(fā)展和演替的過程[7]，通?？梢苑譃橐韵聨讉€(gè)階段。

• “先鋒開拓者”：初始定植

在這個(gè)階段，一些適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)迅速的先驅(qū)微生物率先抵達(dá)微塑料表面。這些“開拓者”能夠迅速增殖，在沒有太多競(jìng)爭(zhēng)的情況下盡可能覆蓋微塑料表面。它們不僅自己站穩(wěn)腳跟，更為后續(xù)其他微生物的附著以及資源在生物膜內(nèi)的循環(huán)利用奠定了基礎(chǔ)。

• “基質(zhì)工程師”：牢固附著與群落壯大

隨著時(shí)間的推移，微生物便會(huì)不可逆地附著在塑料表面。這不僅僅是簡(jiǎn)單的物理吸附，而是依靠微生物自身的菌毛、蛋白質(zhì)黏附以及它們分泌出的胞外聚合物（EPS）共同作用而實(shí)現(xiàn)的[8]。EPS是一種由多糖、蛋白質(zhì)和DNA組成的黏性物質(zhì)，就像微生物生產(chǎn)的水泥和黏合劑，不僅幫助它們牢牢黏附在微塑料表面，更穩(wěn)定了細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用，為微生物群落構(gòu)建了一個(gè)堅(jiān)固的家園。一旦初始群落形成，一系列其他微生物，包括細(xì)菌、病毒和真核微生物便會(huì)陸續(xù)被招募進(jìn)來，群落逐漸壯大。

• “微生態(tài)調(diào)控員”：群落演變

隨著生物膜的成熟，微生物群落內(nèi)部開始形成復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)。微生物產(chǎn)生各種次生代謝物改善群體感應(yīng)和抗菌作用，以協(xié)調(diào)集體行為和應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)[9]。通過物種的不斷招募、丟失和替換，生物膜最終演變?yōu)橐粋€(gè)功能多樣、處于動(dòng)態(tài)平衡的“熱點(diǎn)”區(qū)域，形成了成熟的塑料際[10]。| 未完待續(xù)

塑料際的形成和演替 / 引自文獻(xiàn)[11]

參考文獻(xiàn)

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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(guó)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。