揭秘塑料際：海洋生物的“人造棲息地”（下）（胥悅 方崇宇）

獨一無二的微觀生態系統

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，不僅是海洋環境的污染物，還與海洋生物“默契”地形成了共生關系，締造了新的“生命綠洲”。這一完全由人造物質提供的全新生態系統，展現出獨特的功能與多樣性。

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，構成了一個成分獨特的微生物“社會”，其中包括初級生產者、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，例如硅藻和藍細菌，它們發揮著重要的生產者的作用。此外，真菌、纖毛蟲等微生物也被發現生活在塑料表面。這些微生物緊密排列在塑料表面，形成了一個完整、復雜的微觀生態系統。[12,13]

相比于生物種類分布更“均質”的自然海洋生態系統，塑料際生態系統具有更高的生物異質性，也就是說，其微生物種類差異更大。雖然還沒發現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勢的微生物，反而能在塑料際聚集。例如，弧菌屬Vibrio的細菌在一些塑料樣本中占據高達24%的比例，遠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”，讓自己更易適應海洋環境。這些現象揭示了塑料際生態系統獨特的生物結構。[12-14]

什么塑造了這個獨特的生態系統？

塑料際的微生物組成體現出強烈的區域特征?？茖W家發現，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，這是由海洋環境不同的物理、化學特性導致的。[15]

同時，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、結構逐漸復雜的。塑料際形成早期通常由硅藻主導，積累光合產物，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構隨著時間演變，與生物膜成熟度息息相關。[13]

塑料際的功能與潛在影響

塑料的難降解性導致它們容易“隨波逐流”，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險，還促進了病原體的傳播，增加藻華、生物病害的發生概率，并通過級聯放大效應最終影響到我們人類。[12,14]

當然，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過程。塑料本身就是有機碳聚合物，能夠吸附海水中的有機物質，因此，相比于周圍自然水體，塑料際中的微生物具有更強的代謝有機化合物的能力。已有證據表明，塑料際中生存著多種已知的烴類降解細菌。換言之，塑料際也具有更高的降解有機污染物的潛力，對海上石油泄漏、陸地工業污染物排放的治理也許能夠發揮一定的作用。同時，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，也許會進一步影響著周圍海洋環境的氮循環、硫循環。[12,14]

結語

毋庸置疑，塑料垃圾、微塑料對海洋環境造成了嚴重的危害，甚至會影響到人類。但塑料在排入海洋的過程中，也“意外”創造了獨特的塑料際生態系統。塑料際不僅僅是生物附著物，更是結構完整、功能復雜的生態系統，具有許多我們尚未發現的潛力。多角度、深入地研究海洋微塑料，有助于我們了解當前海洋環境變化，制定相關政策，妥善處理人與自然的關系，為人類與地球開創可持續發展的未來！

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、土壤質量、微生物入侵等方面） / 引自文獻[14]

參考文獻

[1] Peeken I, Primpke S, Beyer B, et al. Arctic sea ice is an important temporal sink and means of transport for microplastic[J]. Nature Communications, 2018, 9(1): 1505.

[2] Peng X, Chen M, Chen S, et al. Microplastics contaminate the deepest part of the world’s ocean[J]. Geochemical Perspectives Letters, 2018, 9(9): 1-5.

[3] Chen B, Zhang Z, Wang T, et al. Global distribution of marine microplastics and potential for biodegradation[J]. Journal of Hazardous Materials, 2023, 451: 131198.

[4] Thompson R C, Olsen Y, Mitchell R P, et al. Lost at Sea: Where Is All the Plastic?[J]. Science, 2004, 304(5672): 838.

[5] Zhang K, Shi H, Peng J, et al. Microplastic pollution in China’s inland water systems: A review of findings, methods, characteristics, effects, and management[J]. The Science of the Total Environment, 2018, 630: 1641-1653.

[6] Akdogan Z, Guven B. Microplastics in the environment: A critical review of current understanding and identification of future research needs[J]. Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 2019, 254(Pt A): 113011.

[7] Yang Y, Liu W, Zhang Z, et al. Microplastics provide new microbial niches in aquatic environments[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2020, 104(15): 6501-6511.

[8] Dussud C, Meistertzheim A L, Conan P, et al. Evidence of niche partitioning among bacteria living on plastics, organic particles and surrounding seawaters[J]. Environmental Pollution (Barking, Essex: 1987), 2018, 236: 807-816.

[9] Dang H, Lovell C R. Microbial Surface Colonization and Biofilm Development in Marine Environments[J]. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2016, 80(1): 91-138.

[10] Onda D F L, Sharief K M. Identification of Microorganisms Related to Microplastics[M]//Handbook of Microplastics in the Environment. Springer, Cham, 2021: 1-34.

[11] Zhai X, Zhang X H, Yu M. Microbial colonization and degradation of marine microplastics in the plastisphere: A review[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14: 1127308.

[12] Li C, Wang L, Ji S, et al. The ecology of the plastisphere: Microbial composition, function, assembly, and network in the freshwater and seawater ecosystems[J]. Water Research, 2021, 202: 117428.

[13] Amaral-Zettler L A, Zettler E R, Mincer T J. Ecology of the plastisphere[J]. Nature Reviews Microbiology, 2020, 18(3): 139-151.

[14] Li C, Gillings M R, Zhang C, et al. Ecology and risks of the global plastisphere as a newly expanding microbial habitat[J]. The Innovation, 2024, 5(1): 100543.

[15] Amaral-Zettler L A, Zettler E R, Slikas B, et al. The biogeography of the Plastisphere: implications for policy[J]. Frontiers in Ecology and the Environment, 2015, 13(10): 541-546.

[16] Wright R J, Langille M G I, Walker T R. Food or just a free ride? A meta-analysis reveals the global diversity of the Plastisphere[J]. The ISME Journal, 2021, 15(3): 789-806.

信息來源：廈門大學

作者：胥悅、方崇宇

由海洋負排放（ONCE）國際大科學計劃、廈門大學碳中和創新研究中心支持。