蜻蜓幼虫体内的微塑料生物累积：整合来自淡水微生态系统实验研究的证据

《Chemosphere》：Microplastic bioaccumulation in odonata larvae: Integrating evidence from experimental studies in freshwater microcosm

微塑料污染对淡水无脊椎动物生物累积及食物链传递的影响研究中，通过溴叶 tank 生态系统模拟实验，发现不同暴露途径（水相或食物链）及持续时间显著影响微塑料摄入和生物效应，蜻蜓幼虫（Bromeliagrion rehni）通过摄食受污染饵料表现出更高的生物累积率和生长促进作用。

　　本研究围绕微塑料（Microplastics, MPs）对淡水生态系统中无脊椎动物的影响展开，特别关注了蜻蜓幼虫在食物链中的作用。随着全球范围内对塑料污染的关注不断加深，微塑料作为一种新型污染物，其对水生生物的影响也逐渐成为研究热点。微塑料是指直径小于5毫米的塑料碎片，而纳米塑料则更小，介于1纳米至1微米之间。它们广泛存在于自然环境中，不仅污染了海洋，也逐渐渗透到淡水系统中，成为影响生物多样性和生态系统功能的重要因素。

在淡水生态系统中，微塑料污染的来源多种多样。日常生活中的塑料制品，如一次性塑料瓶、食品包装和塑料袋，通过污水排放进入水体。此外，工业废水、轮胎磨损和油漆脱落等也是微塑料的重要来源。农业活动，例如塑料地膜的使用和污水处理污泥的施肥，也加剧了微塑料的扩散。值得注意的是，一些不太明显的“隐秘”来源，如用于服装、化妆品、玩具的闪粉（glitter），在巴西的文化中，特别是在狂欢节等庆祝活动中被广泛使用，成为微塑料污染的一个独特来源。这些微塑料不仅数量庞大，而且因其形态多样，容易被水生生物误食。

尽管微塑料对生物的影响已有一些研究，但关于其在群落层面的积累和生物放大作用的研究仍显不足，尤其是在淡水生态系统中。早期的研究已经揭示了微塑料在食物链中的传递，例如Farrell和Nelson（2013）发现微塑料在贻贝体内积累，并通过食物链传递至螃蟹，最终在血淋巴和组织中检测到微塑料。Set?l?等人（2014）也通过实验表明，浮游生物之间的微塑料传递是存在的。然而，生物放大作用的证据仍然有限。研究表明，某些微塑料可以穿透生物体的肠道屏障，进入血液系统，进一步影响细胞和组织功能。此外，微塑料常常与其他污染物共同存在，如重金属和工程纳米颗粒，它们通过吸附作用增强毒性，形成复合污染效应。同时，细颗粒沉积物作为淡水系统中的普遍压力源，也可能与微塑料相互作用，改变无脊椎动物的漂移行为和群落动态。

淡水无脊椎动物在生态系统中扮演着至关重要的角色，它们参与有机物分解、营养物质循环和能量传递等关键生态过程。这些生物对环境变化高度敏感，因此在生态毒理学研究中具有重要的指示意义。近年来的研究表明，底栖无脊椎动物在各种河流生态系统中都能积累微塑料，即使是在被认为较为纯净的环境中，微塑料污染也普遍存在。这进一步强调了它们在污染物传递中的重要性。例如，摇蚊和蜉蝣等物种已被视为评估微塑料暴露的敏感指标。

蜻蜓（Odonata）作为淡水生态系统中的重要组成部分，具有复杂的生命周期，包括一个长期的水生幼虫阶段和一个陆生成虫阶段。在幼虫阶段，它们是高效的捕食者，以水生昆虫、蝌蚪、小型鱼类、甲壳类和其他无脊椎动物为食。这种捕食行为使它们成为食物链中的顶级捕食者，同时也使它们容易受到微塑料污染的影响。蜻蜓幼虫可以通过直接接触受污染的水体和沉积物，或者通过摄食已被污染的猎物而摄入微塑料。这种间接摄入方式可能导致微塑料在食物链中的传递，进而对更高级的消费者产生影响。

本研究通过两个互补的实验室实验，模拟了 bromeliad-tank 生态系统，以评估微塑料的摄入、生物累积及其对水生无脊椎动物的影响。第一个实验旨在考察不同分类群、身体部位和暴露时间对微塑料摄入的影响。第二个实验则聚焦于食物链中的微塑料传递，特别是在一个简化的小型植物容器生态系统中，观察微塑料如何从猎物传递给捕食者。实验还测试了不同暴露途径（水体直接接触与食物介导）和环境相关微塑料浓度对捕食者摄入、生长和存活率的影响。

在第一个实验中，研究者观察到微塑料在不同无脊椎动物分类群中普遍存在，但其摄入量因分类群、身体部位和暴露时间而异。例如，某些分类群的个体可能更容易摄入微塑料，或者其身体部位（如口器、消化道）对微塑料的吸收能力不同。此外，暴露时间的长短也会影响微塑料的摄入量，这表明微塑料污染对生物的影响可能具有时间累积效应。在第二个实验中，研究者发现通过食物介导的暴露途径，微塑料的积累量显著高于直接接触污染水体的情况。这一发现强调了食物链在微塑料传递中的关键作用，以及捕食者在污染物扩散中的潜在影响力。

实验结果还表明，微塑料的浓度与摄入量之间存在一定的相关性。然而，暴露途径和时间似乎对微塑料的积累和生物效应具有更大的影响。例如，在短期暴露中，水体中的微塑料可能占据主导地位，而在长期暴露中，通过食物链传递的微塑料则成为主要来源。这一现象可能与微塑料在生物体内的储存和代谢机制有关，也可能与不同暴露途径下微塑料的生物可利用性差异有关。

蜻蜓幼虫作为顶级捕食者，在实验中表现出较高的微塑料摄入量。这可能与其捕食行为有关，即它们通过摄食其他生物而间接摄入微塑料。此外，实验还发现，被污染的猎物可能导致蜻蜓幼虫的生长速度加快，这可能是由于猎物的易捕性增加，或者是蜻蜓幼虫对污染环境的适应性增强。然而，这种生长速度的提升是否意味着生理上的补偿机制，还是存在潜在的健康风险，仍需进一步研究。

本研究的结果对理解微塑料在淡水生态系统中的生态影响具有重要意义。首先，它提供了实验数据，证明微塑料可以在不同的无脊椎动物分类群中积累，并通过食物链传递。其次，它揭示了暴露途径和时间对微塑料摄入和生物效应的调节作用，强调了食物链在污染物扩散中的关键角色。此外，研究还指出，微塑料可能与其他污染物相互作用，形成复合污染效应，这在生态毒理学评估中需要被充分考虑。

微塑料污染对淡水生态系统的影响不仅限于个体生物的健康状况，还可能对整个食物网的结构和功能产生深远影响。例如，微塑料的积累可能导致某些物种的种群数量减少，从而改变食物网的组成和能量流动。此外，微塑料的物理和化学特性可能影响生物的行为，如觅食、繁殖和迁移，进而对生态系统的稳定性构成威胁。因此，将微塑料污染纳入生态毒理学评估的框架中，不仅有助于理解其生态影响，也为制定有效的污染防控措施提供了科学依据。

本研究的结果还表明，微塑料污染可能对水生无脊椎动物的生存和繁殖产生潜在的负面影响。例如，微塑料的摄入可能干扰营养物质的吸收，影响生长和发育，甚至导致死亡。这些效应可能在食物链的上层生物中更为明显，因为它们通过摄食被污染的猎物而积累更多的微塑料。因此，微塑料污染可能通过食物链的传递，对更高级的消费者造成更大的影响，这种影响可能具有滞后性，即在短时间内不易察觉，但长期来看可能对生态系统造成不可逆的损害。

研究还强调了在生态毒理学评估中考虑食物链动态的重要性。传统的评估方法往往关注单一污染物对个体生物的影响，而忽视了污染物在生态系统中的传递过程。然而，微塑料污染的复杂性决定了它不能被孤立地看待，必须将其纳入多污染物和多途径的综合评估框架中。这种综合视角有助于更全面地理解微塑料对生态系统的潜在威胁，并为制定针对性的管理策略提供支持。

本研究的实验设计和结果为进一步探讨微塑料在淡水生态系统中的生态影响提供了基础。例如，未来的实验可以扩展到更多的无脊椎动物分类群，以评估不同物种对微塑料的敏感性。此外，研究还可以考虑微塑料与其他污染物的交互作用，以及这些交互作用对生态系统功能的具体影响。同时，由于微塑料污染可能通过食物链传递，因此有必要评估其对陆生生态系统的潜在影响，尤其是在蜻蜓等生物的陆生阶段中。

在方法论方面，本研究采用的微型生态系统模拟方法为理解微塑料在自然环境中的行为提供了有价值的模型。这种方法能够较好地模拟实际生态条件，同时控制实验变量，使得研究结果更具可比性和可重复性。然而，这种方法也有其局限性，例如，它无法完全复制自然环境的复杂性，如水流、温度变化和生物多样性等因素。因此，未来的研究可以结合现场调查和实验室实验，以更全面地评估微塑料污染的生态影响。

此外，本研究还涉及了伦理和资助方面的内容。研究并未涉及脊椎动物或在受保护区域进行采样，因此伦理审批不适用。研究的资金来源包括巴西的国家教育协调委员会（CAPES）、国家科技发展委员会（CNPq）、巴西南部巴伊亚联邦大学（UFSB）和巴伊亚州研究基金会（FAPESB）。这些机构的支持为研究的顺利进行提供了保障。同时，研究还获得了科学启动奖学金的支持，这表明研究在推动环境科学领域的发展方面具有一定的社会价值。

综上所述，本研究通过实验方法揭示了微塑料在淡水生态系统中的积累和传递机制，强调了食物链在污染物扩散中的作用。研究结果不仅为理解微塑料污染的生态影响提供了新的视角，也为制定有效的污染防控措施提供了科学依据。未来的研究需要进一步探讨微塑料与其他污染物的交互作用，以及其对不同生态系统和生物群落的具体影响，以全面评估微塑料污染的生态风险。同时，加强公众教育和政策制定，提高对微塑料污染的认识和应对能力，也是减少其对生态系统影响的重要措施。