海洋塑料污染新視角

湛藍的海洋，是地球生命的搖籃，也是萬千生物賴以生存的家園。然而，一場無聲的危機——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世紀全球面臨的一項嚴峻挑戰(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，一個更為復(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年英國普利茅斯大學(xué)的一項研究，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獨特的新舞臺。當(dāng)它們漂浮在海水中時，其表面會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)成的獨特微生態(tài)系統(tǒng)，便被形象地稱為塑料際（plastisphere）。這個微觀世界里的“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。

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：初級微塑料和次級微塑料。初級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期漂浮，隨波逐流，進行長距離的傳播。然而，這種浮力并非一成不變，隨著生物膜的形成，微塑料的密度會增加，導(dǎo)致其垂直向下運輸甚至最終沉入海底。

區(qū)別于那些降解快速的天然有機物，塑料具有高耐久性，這意味著它們在環(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。更重要的是，微塑料表面并非一成不變，其在海洋環(huán)境中會發(fā)生顯著的表面改性。例如，紫外線照射會導(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，是一個動態(tài)的、逐步發(fā)展和演替的過程[7]，通常可以分為以下幾個階段。

• “先鋒開拓者”：初始定植

在這個階段，一些適應(yīng)性強、生長迅速的先驅(qū)微生物率先抵達微塑料表面。這些“開拓者”能夠迅速增殖，在沒有太多競爭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

隨著時間的推移，微生物便會不可逆地附著在塑料表面。這不僅僅是簡單的物理吸附，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)定了細胞與細胞之間的相互作用，為微生物群落構(gòu)建了一個堅固的家園。一旦初始群落形成，一系列其他微生物，包括細菌、病毒和真核微生物便會陸續(xù)被招募進來，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)對競爭[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€功能多樣、處于動態(tài)平衡的“熱點”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[11]

參考文獻

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信息來源：廈門大學(xué)

作者：胥悅、方崇宇

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