微塑料介导的小型生物扩散机制：病原体传播、生态风险与研究挑战

本文针对微塑料（MPs）作为新型环境介质对小型生物（包括病原体及抗生素抗性基因）扩散的影响机制展开研究，系统阐述了MPs通过形成“塑料圈”（plastisphere）富集微生物群落、促进水平基因转移，并间接改变宿主生理特性与栖息地环境，从而影响生物扩散的过程。研究揭示了MPs在病原传播和生态系统扰动中的潜在风险，为环境政策制定提供了科学依据。

　　

在当今塑料污染日益严重的背景下，微塑料（Microplastics, MPs）——指尺寸小于5毫米的塑料颗粒——已成为全球生态系统中最具持久性和普遍性的污染物之一。自1930年代以来，塑料的大规模生产和使用因其耐用性和多功能性而备受推崇，但恰恰是这种耐久性导致塑料废弃物难以自然分解，反而逐渐破碎成更小的微塑料颗粒。据预测，到2050年，环境中积累的MPs总量可能达到31亿吨，它们通过风和水的携带进入地球的每一个角落，甚至出现在深海、高山和极地等偏远区域。

以往研究多集中于MPs的毒性效应，例如对生物健康、生长和繁殖的直接危害。然而，近年来科学家逐渐意识到，MPs还可能以更隐蔽的方式影响生态系统：它们可作为载体促进真菌、细菌、病毒等微生物以及昆虫等传播媒介的扩散。这一问题不仅涉及生态安全，更直接关联公共卫生和粮食安全，尤其可能助长病原体和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes）的传播。

在这一背景下，研究人员开始聚焦于MPs如何通过形成独特的“塑料圈”生物膜来承载微生物群落，并影响小型生物的扩散能力。塑料圈是指MPs表面由有机物和生物分子形成的生态电晕（eco-corona），其上附着的细菌、真菌、藻类和后生动物（如线虫）构成一个特殊的微环境。该环境不仅与周围土壤或水体中的微生物群落存在显著差异，还可能富集人类和动植物的病原微生物，从而增加生物入侵和疾病传播的风险。

此外，MPs还会通过改变生物的生理状态和行为特性间接干扰其扩散过程。例如，MPs摄入可能导致能量水平下降、运动能力减弱、繁殖率降低，这些变化均会影响生物的自然迁移和种群扩张。与此同时，MPs的存在也会改变土壤结构和水体物理性质，进一步影响栖息于其中的生物的活动能力和生存状况。

为了深入探究MPs在生物扩散中的作用，本研究团队从直接载体作用和间接影响两条路径出发，系统梳理了当前研究成果，并指出该领域存在的主要研究缺陷和未来方向。该视角文章发表于《Evolutionary Ecology》，旨在推动学界对MPs生态效应的全面认识，并为相关政策制定提供依据。

关键技术方法包括：

通过实验室模拟和环境采样分析MPs表面微生物群落（如使用16S rRNA测序和宏基因组学）；比较生物膜在MPs与天然基质（如岩石、树叶）上的形成差异；利用光谱成像技术如刺激拉曼散射（SRS）分析环境中MPs的浓度和粒径分布；通过生态毒理学实验评估MPs对模式生物（如蚤状溞、摇蚊、蜜蜂等）的生理、行为及繁殖影响；并采用控制实验设计，对比原始MPs与经生物附着的老化MPs在微生物富集和基因转移方面的差异。

Microplastics as dispersal vectors for small organisms

研究表明，MPs可通过风力、水力及生物携播实现远距离迁移，其表面的塑料圈生物膜能够承载并保护微生物，甚至促进水平基因转移。例如，某些致病菌如Pseudomonas属和 Staphylococcus aureus可在MPs上存活长达三年。水生和陆地生物（如蚊子和蚯蚓）可携带MPs跨生态系统传播，从而扩大微生物的扩散范围。

Plastisphere: a unique microenvironment

塑料圈是一个独特的微生物栖息地，其群落组成与环境本底存在显著差异，富集了多种机会性殖民微生物，包括可降解塑料的物种以及多种病原体。化学惰性和缺乏生物可利用氮的MPs表面可能进一步导致微生物群落趋同，增加环境风险。

Potential for pathogen enrichment in the plastisphere

多项研究指出，MPs表面可特异性富集人类和植物病原体（如 Pseudomonas monteili 和 P. syringae）以及抗生素抗性基因。这可能源于病原体对塑料表面的预适应特性，例如许多富集真菌具黑色素保护层和塑料降解酶。然而，目前关于MPs与天然基质在病原富集方面的差异尚无一致结论，需结合具体环境类型进一步分析。

Likelihood of MPs dispersing small organisms as vectors

尽管MPs附着生物的密度通常低于天然有机颗粒，但其在环境中的巨大数量、持久性以及生物的长期存活能力表明，MPs作为生物扩散载体具有高度可能性。生物载体（如鸟类、蜜蜂和蜱虫）进一步增加了MPs及其附着微生物的传播范围。

Indirect effects of MPs on the dispersal of small organisms

MPs通过影响生物的生理状态、行为模式和栖息地环境，间接干扰其扩散能力。例如，MPs摄入导致的食物稀释效应和能量不足可能减弱宿主的运动能力和繁殖成功率；土壤中MPs的存在可能堵塞孔隙，限制土壤动物的移动；而水体中MPs则可能改变浮游动物的游动行为。

Physiological and behavioral changes affecting dispersal ability

研究显示，MPs可引起多种小型生物（如蜜蜂、蚤状溞和螺类）的摄食行为改变、体重下降、运动能力减弱和繁殖率下降，这些变化均可能抑制其自然扩散。但在食物充足的情况下，某些生物可能避免摄入MPs，从而减轻负面影响。

Habitat and environmental alteration

在土壤中，MPs改变土壤结构、孔隙度和营养状况，影响土壤动物（如跳虫和线虫）的垂直迁移和生存。在水生环境中，MPs干扰浮游动物的运动模式，可能进一步影响整个食物网的能量流动和污染物传递。

Effects on vector organisms of pathogens

MPs还可通过改变媒介生物（如蚊子和蜜蜂）的肠道微生物组和免疫反应影响其传播病原体的能力。例如，干扰Wolbachia菌群的共生状态可能削弱其对病毒传播的抑制效果，从而影响疾病控制项目的效果。

Outstanding limitation of current research and the way forward

当前研究存在多项局限：缺乏标准化采样与实验方法；多集中于水生环境，陆地生态研究较少；使用原始MPs而非环境更相关的老化MPs；实验浓度常脱离真实环境；控制材料选择不当（如玻璃无法模拟MPs的物理行为）。未来需结合多环境系统研究，采用更真实的实验设计，以准确评估MPs在生物扩散中的作用。

该研究强调，MPs作为一种新型环境因子，不仅本身具有污染效应，还可能重塑生物扩散和基因流动的生态与进化过程。直接作为微生物载体和间接影响宿主生理与栖息地的双重机制，使得MPs在病原传播、物种入侵和生态系统稳定性方面具有潜在的重大风险。目前证据仍以假说和实验室研究为主，亟需在真实环境中进行验证，尤其是陆地生态系统和复杂食物网中的影响。通过解决当前研究方法的不一致性，未来研究将能够更全面评估MPs的生态与健康风险，为全球塑料污染治理和公共卫生政策提供关键科学依据。