《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Industrial marine sponges as natural sinks of microplastics: A hidden risk for the global marine bioeconomy
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海洋海绵是活体水生滤器的独特实例，也是全球海洋底栖生态系统中的重要参与者，能高效捕获周围水体中的悬浮颗粒物。然而，如今其滤食活动已将这些生物（包括工业物种）转变为微塑料（MPs）的特殊环境汇和收集器。研究人员首次研究了来自加勒比海和地中海海域的工业海绵 Spo
海洋海绵是活体水生滤器的独特实例，也是全球海洋底栖生态系统中的重要参与者，能高效捕获周围水体中的悬浮颗粒物。然而，如今其滤食活动已将这些生物（包括工业物种）转变为微塑料（MPs）的特殊环境汇和收集器。研究人员首次研究了来自加勒比海和地中海海域的工业海绵 Spongia tubilifera 和 Hippospongia communis 的海绵硬蛋白基骨架中微塑料的出现、多样性和结构整合。为实现对海绵骨架内保留的微塑料（MPs）的全面表征，研究人员采用了一套互补的分析方法，包括结构分析（数字显微镜、荧光显微镜和扫描电子显微镜）、定量评估（数字图像分析、差示扫描量热法和热重分析）以及聚合物鉴定（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和激光直接红外光谱（LDIR））。研究结果确认了多种合成聚合物的存在，例如聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚氨酯（PU）、低密度聚乙烯（LDPE）、聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），它们以纤维、颗粒和薄膜的形式嵌入多孔的三维海绵硬蛋白骨架中。研究结果表明，基于海绵硬蛋白的海绵骨架可作为来自周围水生环境的多种微塑料碎片的长期储存库。这加深了研究人员对微塑料（MPs）与海洋海绵之间相互作用的理解，这对于预测塑料污染的长期生态影响至关重要，并突显了海绵作为天然生物监测器在评估海洋水体中微塑料污染方面的潜力。
**研究背景、问题与目的**
塑料污染已成为全球性环境挑战，其中微塑料（MPs，定义为小于5 mm的塑料碎片）在淡水与海洋环境中广泛分布，甚至在深海和北极等偏远生态系统中也被检出。微塑料不仅自身具有持久性，还能作为持久性有机污染物（POPs）、重金属和抗生素等有害污染物的载体，影响水生碳循环，对生态系统构成严重威胁。尽管海洋脊椎动物（如鲸、海鸟、鱼类）中微塑料的存在已得到充分研究，但其与底栖无脊椎动物，尤其是海洋海绵（多孔动物门）的关系却鲜有探讨。海洋海绵作为固着滤食性动物，每天可过滤数百升海水，其巨大的表面积、缓慢的新陈代谢和长寿特性使其成为有效的被动微塑料过滤器和潜在的生物指示物。然而，目前关于工业海绵（即商业浴用海绵，年产值超过2000万美元，是全球海洋生物经济的重要组成部分）中微塑料存在的研究几乎空白。消费者难以接受含有未知来源或与有毒化合物相关的微塑料的浴用海绵。因此，本研究旨在首次调查工业海绵 Spongia tubulifera（来自加勒比海）和 Hippospongia communis（来自地中海）的海绵硬蛋白基骨架中微塑料的发生、多样性和结构整合，并评估其作为自然汇和生物监测器的潜力。该论文发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上。
**主要技术方法**
研究人员采用一套互补的分析方法，包括结构分析（数字显微镜、荧光显微镜和扫描电子显微镜（SEM））、定量评估（数字图像分析、差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA））以及聚合物鉴定（傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱和激光直接红外光谱（LDIR））。样本来源为从德国INTIB GmbH购买的商业干燥海绵材料，其中S. tubulifera原产于巴哈马，H. communis原产于突尼斯沿海水域。
**研究结果**
**3.1 残留物与分离微塑料纤维的形态学表征**
研究表明，经NaOH和HF处理后，S. tubulifera残留物中可见多种颜色的纤维、颗粒和薄膜，提示多来源合成聚合物。经Coomassie Brilliant Blue染色后，蛋白质性的海绵硬蛋白纤维染成蓝色，而合成微塑料纤维保持未染色，清晰区分了天然与合成成分。SEM观察显示，塑料纤维在严苛化学处理后仍保持完整，并紧密嵌入海绵残留物中，表明其稳定整合。
**3.2 微塑料成分的光谱鉴定**
FTIR分析确认S. tubulifera中分离的纤维主要为聚烯烃类（如LDPE和PP），而H. communis中“Film”样品为PE/PA多层膜，“Fibers”样品为PA6/PA66。LDIR分析在两种海绵中共检测到8种聚合物类型，其中PP最为常见（S. tubulifera中占约30%，H. communis中占约20%），H. communis中PU也占约23%。拉曼光谱进一步确认S. tubulifera中存在PET和PP纤维，H. communis中存在LDPE薄膜。
**3.3 从海绵硬蛋白中提取的微塑料的热特性**
TGA/DTG分析显示S. tubulifera中微塑料呈现两步失重，主降解峰约386°C，符合聚烯烃特性，残留物（63.67%）富含无机物。DSC分析确认H. communis中“Film”样品为聚烯烃，“Fibers”样品因水解降解未显示PA熔融峰。
**讨论与结论**
讨论部分指出，海洋海绵通过滤食作用将微塑料从水体中转移并嵌入骨架，这一过程类似于主动或被动整合外来颗粒（如矿物颗粒）以增强骨架稳定性。微塑料的积累可能影响海绵的泵水效率、共生关系或沉积物动态。由于商业海绵养殖中垂直放置的片段可能减少微塑料接触，未来可通过优化养殖条件生产无微塑料海绵。研究同时指出，海绵及其仿生材料（如明胶-淀粉海绵）具有双重功能：作为环境哨兵和污染物去除剂。
结论部分翻译如下：本研究证明，商业海洋海绵作为底栖环境中微塑料的自然汇。物种 Spongia tubilifera 和 Hippospongia communis 将多种聚合物（以纤维、碎片和薄膜形式）整合到其海绵硬蛋白基骨架中。微塑料被整合入海绵硬蛋白骨架表明，这些生物不仅拦截悬浮颗粒，还促进其固定化。通过将微塑料从水体转移到持久的结构隔室中，海绵可能局部降低颗粒迁移性，同时促进其在底栖栖息地中的积累。在加勒比海和地中海区域的标本中观察到相似的聚合物类型表明，这种汇功能并非地点特异性，而是反映了商业海绵中的普遍过程。这突显了它们在不同海洋系统中影响微塑料分布和保留的潜在作用。然而，微塑料在海绵硬蛋白结构内的长期归宿仍不确定。这些颗粒的持久性、在有机基质中的潜在转化以及在海绵降解或机械破碎过程中的释放是需要进一步研究的关键过程，以评估海绵是作为永久汇还是临时储库。除了生态作用外，海绵骨架中微塑料的积累提供了环境暴露记录，支持其作为海洋污染监测的补充工具。总体而言，这些发现将商业海洋海绵鉴定为微塑料的生物学介导的长期储存库，对理解沿海和底栖生态系统中的颗粒动态和保留具有直接意义。
