在台湾东北部一个动态的沿海生态系统中，基底驱动的微生物多样性以及塑料生物膜的功能潜力

《Environmental Pollution》：Substrate-Driven Microbial Diversity and Functional Potential of Plastisphere Biofilms in a Dynamic Coastal Ecosystem of Northeastern Taiwan

海洋微塑料相关微生物群落结构与功能研究，发现微塑料表面菌群多样性显著高于周围海水（p<0.05），而木质表面菌群与海水相似。微塑料菌群呈现独特互作网络，包含潜在病原体，可能通过洋流传播扩散。研究揭示了环境基质对菌群组装的影响机制，为塑料污染防控提供新视角。

　　这项研究聚焦于海洋中塑料污染所带来的微生物生态变化，特别是塑料微粒、自然木材碎片以及海面水体中微生物群落的结构和功能差异。研究团队来自台湾的国立海洋生物研究所，他们选择了台湾东北部的宜兰湾作为研究区域，这一区域受到黑潮（Kuroshio Current）的影响，是观察塑料污染及其生态影响的理想地点。通过采用全长度16S rRNA基因测序技术，研究人员对塑料微粒、木材碎片和海面水体中的微生物群落进行了深入分析，揭示了塑料微粒在海洋生态系统中扮演的独特角色。

海洋塑料污染已经成为全球性环境问题之一。联合国环境大会估计，每年有480万到1270万吨塑料废弃物进入世界海洋，构成了海洋垃圾的主要部分。这些塑料废弃物对海洋生物构成了多种威胁，包括释放有毒物质、导致动物缠绕、被误食从而引发窒息和营养不良，以及促进外来或有害物种的扩散。此外，塑料废弃物在生态系统中的存在，还可能影响生物地球化学循环，进而对环境和人类健康产生潜在风险。随着塑料污染的持续增长，其对海洋生态系统的影响也日益显著，因此，研究塑料污染的生态影响显得尤为重要。

塑料微粒（Microplastics, MPs）是指长度小于5毫米的塑料碎片，它们已成为一种广泛存在的污染物，影响着从海洋到河流、湖泊、土壤、大气，甚至北极的生态环境。尽管已经采取了多种缓解措施，但塑料微粒的浓度预计将在2030年继续上升，并且已经在一些沿海海洋环境中被检测到，每立方米水体中可含有数千个微粒。这些微粒被水生生物误食，往往被视为食物来源，对生物的健康造成威胁。此外，塑料微粒还可能成为有害物质的载体，通过洋流和风力等自然过程，将这些物质运输到更广泛的区域，进一步加剧了其对海洋生态系统的影响。

当漂浮的塑料微粒进入海洋环境时，它们会漂浮数月，随后沉降到海底栖息地。在此过程中，塑料微粒会经历各种物理和生物相互作用，迅速被多种微生物群落所定殖，形成所谓的“塑isphere”生物膜。这种生物膜在结构和功能上与浮游微生物群落存在显著差异，主要由于塑料微粒的浮力和疏水性表面为微生物提供了独特的生存环境。塑isphere微生物群落通常表现出更强的附着能力，这使得它们在海洋生态系统中具有特殊的生态意义。

研究团队发现，塑料微粒上微生物群落的多样性显著高于海面水体中的微生物群落。这表明，塑料微粒不仅是微生物的附着载体，还可能成为微生物多样性的热点区域。相比之下，木材碎片上的微生物群落多样性与周围海面水体相似，这可能与其表面特性有关。尽管塑料和木材表面的微生物群落在主要分类群上存在相似之处，但它们在微生物相互作用和群落构建方面表现出明显的差异。这些差异突显了基质类型对微生物群落结构和功能的重要性。

通过共现网络分析，研究人员进一步揭示了塑isphere生物膜中微生物之间的独特相互作用模式。网络分析显示，塑料微粒上的微生物群落具有特定的枢纽属（hub genera），这些属在微生物群落的构建和功能发挥中起到关键作用。同时，研究预测了塑isphere微生物群落可能支持的功能，包括氮和硫的循环，以及有机碳的降解。这些功能对于维持海洋生态系统的平衡至关重要，但同时也可能被塑料污染所改变。

值得注意的是，研究还发现塑isphere中存在一些潜在的病原体，这引发了对塑料微粒作为移动病原体储存库的担忧。这些病原体可能通过食物链进入更广泛的生态系统，对人类健康构成威胁。这一发现挑战了之前认为塑料微粒是病原体主要储存库的假设，表明自然基质如木材和水体同样可能成为病原体的富集场所。因此，研究不仅有助于理解塑isphere的生态动态，还强调了塑料污染对环境和公共健康的影响。

研究团队在宜兰湾的十个采样点中，对塑料微粒、木材碎片和海面水体进行了系统采样。这些采样点受到来自富营养化的兰阳河和寡营养的黑潮的影响，形成了一个独特的环境梯度。这种环境梯度为研究基质类型和环境异质性对塑isphere微生物群落的影响提供了理想的自然条件。研究还发现，塑isphere微生物群落的构建过程受到多种因素的共同影响，包括随机因素和确定性选择。这一发现有助于更全面地理解塑isphere微生物群落的形成机制。

通过结合全长度16S rRNA基因测序、共现网络分析和群落构建建模，研究团队实现了对塑isphere微生物多样性和生态相互作用的高分辨率分析。这项研究提供了三个重要的新视角：第一，建立了比较基质框架，能够区分塑料特有的微生物效应与自然基质上的生物膜过程；第二，揭示了首个基于基质的群落构建梯度，表明海水中微生物群落的构建主要受随机因素影响，而塑料微粒则受到混合因素的影响，木材碎片则表现出强烈的确定性选择；第三，重新评估了病原体的富集模式，表明木材和水体中可能富集更多的潜在病原体，从而对塑料作为病原体储存库的假设提出挑战。

研究结果对于理解塑isphere在动态海洋系统中的生态作用具有重要意义。塑isphere微生物群落不仅在多样性上表现出独特性，还在生态功能上发挥重要作用，可能影响海洋生态系统的稳定性。此外，这些微生物群落的存在可能对“一个健康”（One Health）理念提出新的思考，即人、动物和环境健康之间的紧密联系。因此，研究塑isphere微生物群落的生态特征，不仅有助于评估塑料污染对海洋生态系统的影响，还可能为制定有效的管理策略提供科学依据。

随着全球塑料污染的加剧，塑isphere微生物群落的研究变得愈发紧迫。了解这些微生物群落的组成、功能及其对环境的影响，有助于开发更有效的污染防控措施。同时，研究还揭示了塑料微粒在环境中的潜在风险，包括其作为病原体载体的可能性，这为公共卫生政策提供了新的视角。未来的研究需要进一步探索塑isphere微生物群落的动态变化，以及它们在不同环境条件下的适应机制，从而为海洋环境保护提供更全面的科学支持。

综上所述，这项研究不仅深化了我们对塑isphere微生物群落的理解，还强调了塑料污染对海洋生态系统和人类健康的深远影响。通过揭示塑料微粒、木材碎片和海面水体中微生物群落的差异，研究为制定更有效的污染管理策略提供了重要的科学依据。同时，研究结果也提醒我们，塑料污染问题的复杂性远超我们的想象，需要从多学科角度进行深入研究，以全面评估其生态和健康影响。