关于协同毒性的批判性综述：塑料作为极地捕食性鸟类汞生物放大作用的“特洛伊木马”

《Chemosphere》：A critical review on synergistic toxicity: Plastics as “Trojan-Horses” for mercury biomagnification in polar avian predators

　　

•极地海洋中的微塑料吸附汞并促进其向海鸟的营养级转移。
•紫外线老化后的纳米塑料可使海洋生物中汞的生物累积量增加多达 1.61 倍。
•微塑料 - 汞共同暴露会协同诱导氧化毒性和生殖毒性。
•极地鸟类捕食者面临双重污染的累积风险。
•极地海鸟中的“特洛伊木马”机制仍存在实地验证缺口。

引言
极地生态系统是地球上最脆弱的生态系统之一，由于污染物的长距离传输，它们正日益暴露于人为污染之中。两类污染物已成为对极地生物多样性的普遍威胁：汞（Hg）和微塑料（MPs），两者均已被证明会影响海洋生物。甲基汞（MeHg）是一种强效神经毒性污染物，会随时间在生物体内生物累积，并沿水生食物网生物放大，在顶级捕食者物种中的浓度最高。具体而言，MeHg 表现出最大的生物累积和生物放大潜力，是环境中毒性（神经毒性）最强的汞形态（Ruus 等，2015 年）。同时，在所有环境区室中（从海冰到沉积物，从水柱到生物体），极地地区已报告存在微塑料（<5 毫米）污染（Singh 等，2021 年；Qayoom 等，2025 年）。

本综述的核心研究问题是：微塑料是否充当“特洛伊木马”，增强了极地鸟类食物网中汞的生物利用度和生物放大作用，其效果是否超过了单纯饮食汞暴露的影响？这是一个重要问题，因为这两类污染物正在极地地区汇聚，目前尚不清楚微塑料是否作为“特洛伊木马”，使得汞的生物累积增加并实现的程度超过了汞本身的效果。“特洛伊木马”假说认为，由于具有高表面积与体积比和疏水性，微塑料可以吸附水中的污染物，如重金属和持久性有机污染物（POPs）。一旦被生物摄入，这些污染物会在不同的胃肠道（GI）pH 值、温度和粘度条件下释放出来（Rochman, 2015; Amelia 等，2021 年）。该机制可能是极地食物网中汞的一条被低估的暴露途径。极地海洋食物网中吸附、营养级转移和胃肠道解吸的三个关键阶段总结在图 1 所示的概念框架中。

极地鸟类捕食者，包括信天翁、海燕、圆嘴海雀、贼鸥和企鹅，是处于高营养级地位的捕食者，这意味着它们更容易暴露于生物放大的污染物中。由于易受污染物影响以及有多种组织生物终点可用于监测，这些物种众所周知是海洋污染污染物的良好生物指标（Monteiro and Furness, 1995; Carravieri, 2014）。许多极地海鸟的高塑料摄入率已被报告，多达 93% 的个体被发现摄入了塑料，包括北圆嘴海雀（Fulmarus glacialis）（Baak 等，2020 年；Collard 等，2024a, Collard 等，2024b）。同时，这些物种通过其食物网暴露于生物放大的汞中，组织汞浓度是其营养级位置和觅食区域的功能函数（Blevin 等，2013 年；Carravieri 等，2014 年）。

汞和微塑料的协同毒性（联合暴露效果大于个体效果之和）已在实验室生物（如浮游动物（桡足类和轮虫）、鱼类和双壳类）中得到证实（Barboza 等 2018a, 2018b; Bai 等，2024 年；Xie 等，2024 年；Arreguin-Rebolledo 等，2026 年）。然而，在野外，许多因素使得这些结果的转化变得复杂，如复杂的食物网、汞的众多暴露途径，以及难以将塑料诱导的污染物转移与其他食物来源区分开来。

“特洛伊木马”假说的证据主要基于受控条件下影响的实验室研究；在环境真实条件下其重要性的证据仍然非常有限，有时甚至相互矛盾（Koelmans 等，2016 年；Burns and Boxall, 2018 年）。在包括极地地区海鸟在内的自然野生种群中，关于污染物转移的采样和分析方面存在知识空白和方法学不一致，问题依然严重（Provencher 等，2019 年；Taurozzi and Scalici, 2024 年）。此外，共同暴露研究中的污染物和微塑料浓度通常远高于环境中实际发生的水平，将此类研究中观察到的协同效应外推到复杂的食物网和极地生态系统将造成重大不确定性（Lenz 等，2016 年；Burns and Boxall, 2018 年）。此外，实验设计、暴露浓度、颗粒特性、使用的生物模型和分析方法的差异进一步限制了进行研究间比较或将实验室结果转化为环境意义的能力（Provencher 等，2019 年；Huang 等，2023 年）。

极地系统也显示出一些可能改变“特洛伊木马”效应的独特方面：(1) 低温环境为汞提供较慢的吸附率，但为微塑料提供更长的停留时间；(2) 在极地夏季，暴露于极端紫外线下，加速了塑料的风化并增加了吸附能力；(3) 极地海洋食物网更简单且复杂性较低，这可能导致不同的生物放大模式；(4) 由于季节性冰情，对汞和微塑料的暴露可能是间歇性的；然而，几项研究表明，冰的存在保护了甲基汞免受光降解，并且与海冰相关的微生物促进了甲基汞的产生，从而创造了增加汞生物利用度的条件（Lehnherr 等，2011 年；Schartup 等，2019 年）；(5) 与冰相关的食物网独特地提供了低纬度海洋系统中未见过的暴露途径（Cusset 等，2023 年）。这些因素共同表明，极地生态系统是评估污染物载体假说的重要但研究不足的背景。

本综述具有独特性，原因如下：(1) 它是首个系统纳入关于微塑料污染和极地食物链顶级捕食者中汞生物累积信息的研究，因为其他综述将它们分别处理；(2) 总结了现有信息，关于受微塑料污染影响物种的脆弱性，特别适用于极地食物链；(3) 针对极地食物网中的“特洛伊木马”假说提供了关键评估；(4) 纳入了极地海鸟五大主要分类群的具体物种脆弱性详细信息；(5) 提出了一个综合的营养级转移建模框架，明确考虑了微塑料 - 汞纽带。

因此，本关键综述的目标是：(1) 汇编关于极地地区微塑料污染和汞污染的现有知识；(2) 回顾汞的“特洛伊木马”假说的机制证据；(3) 回顾海洋生物中协同毒性的证据；(4) 呈现极地鸟类捕食者物种共同暴露的案例研究；(5) 回顾关于生理和生殖影响的文献；(6) 回顾现有的营养级转移模型；(7) 强调知识空白和未来研究重点。这种独特的研究方法统一了这些研究领域，并提供了一个平台，用于理解在环境变化的背景下，塑料如何可能增加极地鸟类捕食者的汞风险。

章节片段
搜索策略
为了确定相关出版物，在 Scopus、Web of Science、PubMed 和 Google Scholar 等学术数据库中进行了系统文献搜索。搜索和选择过程遵循 PRISMA 指南（图 S1）。

进行了四次主题搜索轮次：第一轮：极地海鸟中汞污染生物累积的微塑料载体。搜索术语包括"microplastic*"和（"mercury"或"Hg"或"methylmercury"）以及（"seabird*"或"avian"）的组合。

来源和传输途径
通过各种传输途径可在偏远的极地地区发现微塑料污染。正如 Svalbard 报告的那样，微塑料纤维通过长距离大气传输沉积在北极和南极环境中，沉积速率为 0.7–11.5 颗粒 m?2. d?1（Singh 等，2021, 2024）。漂浮塑料通过洋流（包括温盐环流和表层洋流）从低纬度移动到极地纬度，其中北大西洋传送带是漂浮塑料的主要贡献者。

极地环境中的汞来源和形态
四个主要途径负责汞流入极地生态系统。作为气态元素汞（Hg0）从低纬度人为来源通过大气进行长距离传输（Rudnicka-K?pa and Zaborska, 2021）。许多大气汞消耗事件（AMDEs）发生后，反应性汞沉积在冰雪表面，并在冰雪融化时（尤其是在极地地区）释放到水生环境中。无机汞（Hg2+）的金属甲基化形成甲基汞（MeHg）。

理论框架
微塑料充当环境污染物的载体，摄入后可被传输至生物体内（“载体假说”或“特洛伊木马”假说）（Rochman, 2015; Amelia 等，2021 年）。总之，如图 1 所示，该过程由三个连续步骤组成。污染物从周围水体吸附到微塑料表面、生物摄入微塑料，以及当微塑料进入生物体时污染物在生物体胃肠道中的解吸。

联合暴露效应
已令人信服地证明，微塑料和汞暴露的个体效果之和以上的协同毒效应在实验室研究中得到了证实（图 4；表 3）。协同毒性涉及从分子到整个生物体水平的多个生物学层级的几个机制步骤。Barboza 等（2018a）表明，单独暴露于微塑料在海鲈（Dicentrarchus labrax）中要么诱导氧化应激生物标志物增加，要么诱导汞生物累积增加。

信天翁科（Diomedeidae）
漂泊信天翁（Diomedea exulans）是南大洋食物网中最典型的顶级捕食者，已知其羽毛中的汞浓度（10.5-19.2 μg g?1 dw）是所有海鸟中最高的（Carravieri 等，2014 年）。它们拥有广泛的觅食范围，已被记录在各种纬度，这提供了污染物暴露的空间变异，在亚热带水域觅食的鸟类暴露的汞是仅限于那些……的 2–3 倍。

氧化应激和器官损伤
活性氧物种的产生，导致蛋白质氧化、DNA 损伤和各种器官的脂质过氧化，是汞在海鸟中已知的毒性机制（Mills 等，2025 年）。氧化负担，加上对微塑料的炎症反应，对于物种来说可能过于沉重而无法应对，尤其是对于那些已经承受沉重汞负担的物种。在海鲈模型中，微塑料和汞的共同暴露导致大脑中的脂质过氧化比……增加 200%。

汞生物放大模型
生物累积因子（BAFs）和营养级放大因子（TMFs）已被用于现有的营养级转移模型中，以预测每个营养级的汞浓度（图 S3）。Li 等（2022a, Li 等，2022b）为波弗特海陆架食物网构建了一个甲基汞生物累积模型，其中饮食吸收效率和生长稀释是生物放大模式的主要责任因素。这些模型通常假设汞在食物网底部通过溶解摄取并入，且……。

“特洛伊木马”机制的实地验证
最重要的知识空白是缺乏直接的实地证据，表明摄入微塑料会在极地鸟类捕食者（如海鸟）中定量增加汞的体内负担。实验室研究清楚地表明汞可以结合到微塑料颗粒上（Barboza 等，2018a; Xie 等，2024 年），但海鸟中的结果（Roman 等，2020 年；Sühring 等，2022 年）一直不一致。
这种明显的差异可能是因为通过……加载汞的比例相对较小。

结论
本综述是关于极地鸟类捕食者中汞生物放大与“特洛伊木马”假说有关的最前沿知识的批判性综述。可以得出几个结论，尽管鉴于证据的局限性，许多结论应谨慎解读。微塑料污染普遍存在于极地环境中，许多海鸟物种的暴露以及汞污染都有充分的证据（表 1，表 2）。微塑料颗粒的摄入率……。

伦理声明
不适用。

作者贡献
所有构思、文献调查、数据综合和手稿起草均由作者完成。

资金
本研究未收到任何公共、商业或非营利部门的资助机构的特定资助。

利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能影响本报告中所述工作的产生。

致谢
无。

Meesala Krishna Murthy