揭秘塑料际：海洋生物的“人造栖息地”（上）（原创 胥悦）

海洋塑料污染新视角

湛蓝的海洋，是地球生命的摇篮，也是万千生物赖以生存的家园。然而，一场无声的危机——海洋塑料污染，正悄然侵蚀着它。从深海峡谷到极地冰帽[1-3]，大大小小的塑料垃圾无处不在，它们缠绕海鸟，堵塞鲸的消化道，甚至改变海岸线的自然面貌。这股“塑料洪流”不仅对海洋生物的生存构成直接威胁，也深刻影响着海洋生态系统的健康与平衡。海洋塑料污染无疑已经成为21世纪全球面临的一项严峻挑战。然而，当我们将目光聚焦到那些肉眼几乎不可见的微塑料颗粒时，一个更为复杂且充满未知的世界展现在我们眼前。

微塑料（microplastic）概念的首次提出源于2004年英国普利茅斯大学的一项研究，而后被定义为“直径小于5毫米的塑料颗粒”[4]。如今，科学家们惊奇地发现，这些尺寸微小却广泛存在的塑料颗粒，正在海洋中形成一个独特的新舞台。当它们漂浮在海水中时，其表面会迅速附着各种微生物，形成一层肉眼难辨的复杂生物膜。这种附着在微塑料表面，由特定微生物群落构成的独特微生态系统，便被形象地称为塑料际（plastisphere）。这个微观世界里的“居民们”利用微塑料的表面作为家园，开展着它们的生命活动。

那么，这些看似普通的微塑料，究竟具备了怎样的魔力，才得以在浩瀚海洋中化身为微生物青睐的“人造栖息地”？ 而微生物又是如何一步步在其表面“安家落户”，构建起独特的塑料际生态系统？

海洋中的“人造岛栖息地”

微塑料的“殖民”条件

微塑料并非单一产物，它们来源多样，类型复杂。其主要分为两大类：初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料是指那些生产应用之初就呈现微小颗粒形态的塑料，例如某些洗面奶、牙膏中含有的微珠、工业磨料等[5]。而更普遍、数量更庞大的次级微塑料是指废弃的塑料瓶、购物袋、渔网、包装薄膜等在海洋环境中经过阳光紫外线照射、海浪冲刷、风力磨损以及生物啃食等作用，逐渐解体、破碎而形成微塑料颗粒[6]。此外，我们日常穿着的合成纤维衣物在洗涤过程中脱落的微小纤维，也是海洋中次级微塑料的重要来源。

微塑料的化学组成多样。常见的聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP），其密度均小于海水，使得它们可以在海面或其他水体上层长期漂浮，随波逐流，进行长距离的传播。然而，这种浮力并非一成不变，随着生物膜的形成，微塑料的密度会增加，导致其垂直向下运输甚至最终沉入海底。

区别于那些降解快速的天然有机物，塑料具有高耐久性，这意味着它们在环境中可以存在数百年甚至数千年而不完全降解，为微生物提供了异常稳定且持久的生存平台。更重要的是，微塑料表面并非一成不变，其在海洋环境中会发生显著的表面改性。例如，紫外线照射会导致其表面氧化，变得更加粗糙，并可能改变其电荷和亲疏水性。生物膜的形成本身也会改变微塑料的表面性质。这些变化使得微塑料表面更容易吸附水中的溶解性有机物和微生物，从而成为一种新型的基质，与天然的泥沙、岩石或浮游生物颗粒截然不同，提供了前所未有的微生态位。

微塑料的这些特性皆为微生物的“殖民”创造了得天独厚的条件。

微生物的“殖民”之旅

微生物群落在微塑料上的生长，是一个动态的、逐步发展和演替的过程[7]，通常可以分为以下几个阶段。

• “先锋开拓者”：初始定植

在这个阶段，一些适应性强、生长迅速的先驱微生物率先抵达微塑料表面。这些“开拓者”能够迅速增殖，在没有太多竞争的情况下尽可能覆盖微塑料表面。它们不仅自己站稳脚跟，更为后续其他微生物的附着以及资源在生物膜内的循环利用奠定了基础。

• “基质工程师”：牢固附着与群落壮大

随着时间的推移，微生物便会不可逆地附着在塑料表面。这不仅仅是简单的物理吸附，而是依靠微生物自身的菌毛、蛋白质黏附以及它们分泌出的胞外聚合物（EPS）共同作用而实现的[8]。EPS是一种由多糖、蛋白质和DNA组成的黏性物质，就像微生物生产的水泥和黏合剂，不仅帮助它们牢牢黏附在微塑料表面，更稳定了细胞与细胞之间的相互作用，为微生物群落构建了一个坚固的家园。一旦初始群落形成，一系列其他微生物，包括细菌、病毒和真核微生物便会陆续被招募进来，群落逐渐壮大。

• “微生态调控员”：群落演变

随着生物膜的成熟，微生物群落内部开始形成复杂的微生态系统。微生物产生各种次生代谢物改善群体感应和抗菌作用，以协调集体行为和应对竞争[9]。通过物种的不断招募、丢失和替换，生物膜最终演变为一个功能多样、处于动态平衡的“热点”区域，形成了成熟的塑料际[10]。| 未完待续

塑料际的形成和演替 / 引自文献[11]

参考文献

[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.

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[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.

信息来源：厦门大学

作者：胥悦、方崇宇

由海洋负排放（ONCE）国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持。