在鄱阳湖，轮虫每天制造1.33亿亿个塑料颗粒
轮虫（图片来源：Juan Carlos Fonseca Mata, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons）
轮虫每天在鄱阳湖制造的纳米塑料颗粒总数：1后面跟着16个零。
撰文 | 黄雨佳
审校 | 冬鸢
随着塑料制品在生活中的使用变得越来越广泛，我们环境中的塑料颗粒也变得越来越多。它们无处不在，从北极到南极，从土壤到河流，从地面到云端，甚至存在于我们日常呼吸的空气中。
这些肉眼不可见的塑料被分为两类，尺寸在1微米到5毫米之间的是微塑料（microplastic），尺寸小于1微米的则是纳米塑料（nanoplastic）。越来越多研究已经表明，纳米塑料会损害人体各个器官和系统的功能。
微塑料和纳米塑料来源于塑料制品的降解。未被回收的塑料垃圾可能进入河流和海洋，被带往世界各地。历经几十上百年，机械作用、光化学等会将这种长链聚合物材料分解成小块。同时，生物的作用也加速了这个过程。2018年的一项研究显示，南极磷虾（Euphausia superba）能摄入微塑料，并用大颚（mandible，磷虾的咀嚼器）将其磨成纳米塑料。
南极磷虾（图片来源：Yale Peabody Museum, CC0, via Wikimedia Commons）
美国马萨诸塞大学的邢宝山教授长年从事微塑料相关研究，看完这篇论文的他意识到，既然南极磷虾这种生活在遥远极地的生物能“分解”微塑料，那么，在我们日常生活的范围内，是否也广泛存在能产生同样效果的生物，进而对环境中纳米塑料的含量造成影响呢？于是，他和中国海洋大学的赵建教授合作，开始研究这个问题。
他们选择了轮虫作为研究对象。这是一种广泛分布于全球地表水的常见浮游动物，大多数体长不超过0.5毫米。以我国最大的淡水湖——鄱阳湖为例，每升湖水中就有超过900只轮虫。而且，与南极磷虾一样，它们拥有一种独特的咀嚼器，通过机械作用将摄入的藻类研磨成小块。
研究人员观察了褶皱臂尾轮虫（Brachionus plicatilis）和萼花臂尾轮虫（B. calyciflorus）两种轮虫，它们平时分别生活在海洋和淡水中。研究人员发现，这些轮虫都能大量摄入小于10微米的塑料，这与它们日常食物的尺寸相似。它们偶尔也会吃些20微米大的塑料，不过再大就吃不下了。
轮虫摄入的微塑料（绿色小球）和研磨产生的纳米塑料（绿色小点）。（图片来源：原论文）
研究人员在显微镜下观察到，轮虫吃下微塑料后，消化道中出现了许多尺寸不一的塑料颗粒，其中纳米级塑料颗粒的数量远多于微米级。原本提供给轮虫的光滑、球形的微塑料，经过一番消化，表面变得粗糙不堪，像是被啃过一样。可见，轮虫咀嚼器中的齿状结构通过研磨，从微塑料表面一点点“抠”下了这些塑料碎片。最后，碎片化的微塑料会从轮虫体内排出，回到水中。
浮游生物影响全球
我们所说的“塑料”，其实是一类高分子聚合物的总称。我们日常生活中最常见的是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）。它们的组成单元不同，硬度、拉伸强度、光反应性和生物反应性等各不相同。
不同塑料类型及特性（图片来源：原论文）
在这项研究中，研究人员发现，轮虫既能摄入和破碎硬度较低的PE塑料，也能有效地从硬度较高的PS塑料上磨损出纳米塑料颗粒。这说明轮虫对不同类型微塑料的“消化”具有普遍性。
更重要的是，研究人员还从山东青岛的书院水库、白沙河、大沽河和胶州湾等地采集了不同物种的轮虫样本，结果，所有采样点的轮虫体内均检测到了尺寸在3～30微米的微塑料。可见，即便是自然环境，在没有研究人员“投喂”微塑料的情况下，这种现象也是普遍存在的。
因此，轮虫很可能在全世界微塑料和纳米塑料的分布中扮演着重要角色，事实也确实如此。研究人员发现，在全世界范围内，尤其是东亚和欧洲，微塑料丰度较高的区域恰恰也是轮虫最多的区域，二者间存在高度的地理重叠。
轮虫的全球分布（左图）和微塑料的全球分布（右图）。（图片来源：原论文）
实际情况究竟有多可怕
为了让人们对这种影响有更具象的感知，研究人员以鄱阳湖作为案例进行说明。鄱阳湖面积约3690平方千米，文献表明，平均每升鄱阳湖水中约含20.2个直径在50～500微米的微塑料。
假设所有轮虫都生活在不超过5米深的湖水，按照本次研究的数据，将轮虫放入含微塑料的水体4小时后，平均每个微塑料颗粒会生成131个纳米塑料颗粒，那么，一天下来，全鄱阳湖的轮虫一共能产生1.33亿亿（1.33×10^16）个纳米塑料颗粒。
然而，这只是计算结果，实际数量可能还会更高。一方面，受实验条件限制，研究人员只能检测直径大于0.6微米的纳米塑料，因此，一颗微塑料能被轮虫磨损生成多少更小的纳米塑料，我们并不知道。但很明确，实际生成的纳米塑料颗粒必然远高于实验测得的数据。
轮虫将“消化”过后的微塑料从体内排出（图片来源：原论文）
第二，文献中只报道了鄱阳湖中尺寸范围为50～500微米的微塑料，而轮虫摄入的主要是尺寸更小的微塑料。虽然尚不知道鄱阳湖中直径小于50微米的微塑料浓度几何，但研究人员估计，它一定会比大尺寸微塑料的丰度高得多。因此，轮虫生存环境中的实际微塑料颗粒数量也高于估算时所用的数值。
第三，实验条件与自然条件不同。实验过程中，研究人员在每升水中放入了930万个初始微塑料颗粒，却只有2万只轮虫；而文献中，平均每升鄱阳湖水的微塑料含量为20.2个，轮虫数量却有909只。因此，鄱阳湖中的轮虫能更充分地摄入和消化湖水中的微塑料，每颗微塑料也将产生超过131颗纳米塑料。
此外，研究人员只测试了“新鲜”微塑料和短暂暴露于模拟阳光12小时的微塑料。但自然界中的微塑料往往经历了长年的风吹日晒，这会让它们的形态、化学性质等发生变化，变得更脆弱。实验已经证明，轮虫摄入光老化的微塑料会比摄入原始微塑料时产生更多塑料碎片。而大多数轮虫都生活在透光的水域，所摄入微塑料的日照时长远多于实验条件，结果必然更可怕。
最后，鄱阳湖只是一个案例，其实地球上许多地表水体中微塑料和轮虫的含量都远高于鄱阳湖。例如，文献表明，每升黄河水中约有500颗微塑料，而在印度阿蒂亚尔河（Adyar Creek）的河口，每升河水中约有10,133只轮虫。因此，我们可能远远低估了生物在这场全球纳米塑料“瘟疫”中发挥的作用。
参考链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-018-03465-9
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb0354
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