《Environmental Pollution》：Plastic leachates increase feeding retention times in sea anemones
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摘要
塑料正在海洋生态系统中积累，并被海洋动物摄入。在本研究中，我们使用高效液相色谱法（HPLC）将塑料预生产颗粒和塑料刀具浸泡在水中24小时。我们向海葵（Exaiptasia pallida）提供了含有7.5微升两种塑料浸出液的玻璃纤维过滤器：一种是塑料预生产颗粒的浸出液，
摘要
塑料正在海洋生态系统中积累，并被海洋动物摄入。在本研究中，我们使用高效液相色谱法（HPLC）将塑料预生产颗粒和塑料刀具浸泡在水中24小时。我们向海葵（Exaiptasia pallida）提供了含有7.5微升两种塑料浸出液的玻璃纤维过滤器：一种是塑料预生产颗粒的浸出液，另一种是塑料刀具的浸出液，并将其进食行为与仅含7.5微升HPLC级水的对照玻璃纤维过滤器进行了比较。观察到，食用含塑料浸出液的过滤器的海葵从摄入到排出的时间比对照组海葵长3.5倍至4倍以上。对照组海葵平均食用过滤器的时间为16分钟，而食用高浓度塑料颗粒浸出液的实验组海葵平均食用时间为72分钟。无论是对照组还是实验组海葵，消耗过滤器的速度没有显著差异。将排出的过滤器再次提供给新的海葵后，它们的进食时间有所缩短。我们利用傅里叶变换红外光谱法确定了浸出液中使用的塑料颗粒和刀具的聚合物类型，结果均为聚苯乙烯。虽然我们将浸出液浓缩25倍，但由于某些化学物质的浓度低于检测限，未能通过液相色谱-质谱法对其进行进一步分析。这些结果表明，从聚苯乙烯预生产颗粒和刀具中渗出的分子能刺激海葵进食。
引言
塑料产量的持续增加，尤其是单次使用产品（如塑料袋、塑料餐具和食品包装），导致塑料垃圾量不断上升（Geyer等人，2017；Lau等人，2020）。塑料废物管理系统未能跟上这一趋势，从而导致陆地和水体污染（Borrelle等人，2020；Jambeck等人，2015；Lau等人，2020；Law等人，2020）。地球上的每一个主要生态系统都存在塑料污染（Law，2017）。特别是海洋，成为了塑料污染的巨大吸纳源（Peng等人，2020；Zhu等人，2024），预计到2040年海洋中的塑料数量将增加四倍（Lau等人，2020）。
海洋动物直接（Allen等人，2017；Diana等人，2020；Savoca等人，2016）或间接（Athey等人，2020；Carbery等人，2018；Duncan等人，2019）摄入各种大小、形态、聚合物、颜色和添加剂的塑料。已知摄入塑料的海洋物种数量从2020年的700种（Kühn和van Franeker，2020）增加到了2021年的1,288种（Santos等人，2021）。塑料的物理和化学特性直接影响动物是否摄入塑料——包括形状/大小（Ward等人，2019）、外观（Duncan等人，2019；Fukuoka等人，2016）以及气味（Allen等人，2017；Diana等人，2020；Savoca等人，2017，2016）。许多塑料属于微塑料，即尺寸在1微米到5毫米之间的颗粒（Arthur等人，2009；Hartmann等人，2019）。微塑料中含有会刺激动物摄入并延缓排出的化学物质（Allen等人，2017；Diana等人，2020）。如果动物的化学感应系统被激活，它们就会吞食这些塑料颗粒（J. Bonaventura等人，1987；Kedzuf和Salmon，2016；Manton等人，1972）。
摄入塑料颗粒可能导致不良生物后果，包括饥饿、营养吸收不足（de Stephanis等人，2013）、消化道堵塞（Ryan等人，2016）和死亡（Murphy等人，2025）。塑料含有多种添加剂和其他化学物质（Rochman等人，2019），这些物质与聚合物的结合不够紧密，因此会渗入周围环境，如水体或胃液（Bejgarn等人，2015；Chibwe等人，2022；Li等人，2016a；Luo等人，2019；Thaysen等人，2018；Ward等人，2022）。尽管缺乏关于塑料中超过16,000种化学物质的数据，但已知一些添加剂具有毒性、干扰内分泌系统、致癌性和致突变性（Groh等人，2019；Hahladakis等人，2018；Hermabessiere等人，2017；Vincoff等人，2024；Wagner等人，2024；Wiesinger等人，2021）。至少有4,200种化学物质因其持久性、生物累积性或毒性而具有生态毒性问题（Wagner等人，2024）。塑料摄入的影响不仅限于个体动物。例如，某些塑料添加剂可导致DNA甲基化，从而引发可遗传的性状（Thorson等人，2021）。小的塑料颗粒（如纳米塑料）可以通过母体传递给后代（Pitt等人，2018；Yip等人，2022），并在食物链中累积（Athey等人，2020；Carbery等人，2018；Nelms等人，2018）。
我们的研究建立在先前关于海洋动物摄入塑料的研究基础上，旨在探讨塑料衍生物化学物质在触发进食行为中的作用（Allen等人，2017；Diana等人，2020；Machovsky-Capuska等人，2019；Savoca等人，2017，2016b）。味觉是一种简单的感官机制，化学物质可以呈现甜、咸、苦或酸的味道。脂肪酸和鲜味物质会调节味觉。数千种化合物共同构成了味觉体验（Zimmer和Butman，2000）。目前对塑料相关化学物质在触发海洋动物进食行为中的作用了解有限。本研究考察了化学浸出液在引发海葵进食中的作用。海葵（Exaiptasia pallida）是一个合适的实验动物模型，因为它们依赖机械和化学信号来探测猎物（Cannon和Wagner，2003；Kamio和Derby，2017；Thorington和Hessinger，1990）。此外，本研究使用的海葵也与珊瑚属于同属的虫黄藻共存（Baumgarten等人，2015；Brown等人，2017；Clayton和Lasker，1984）。珊瑚具有重要的社会经济价值（Teh等人，2013），但也会受到微塑料摄入的影响，如免疫系统受损和光合作用过程改变（Rades等人，2022）。先前的研究表明，海葵不会摄入玻璃、琼脂糖或木颗粒（Thorington和Hessinger，1988）。然而，E. pallida会摄入荧光塑料微球（Okubo等人，2018）、商业洗面液中的微塑料（Okubo等人，2018）、微纤维（Romanó de Orte等人，2019）以及聚乙烯和聚氯乙烯制成的预生产颗粒（Diana等人，2020；Diana等人，2026）。
在这项研究中，我们将塑料刀具和预生产颗粒浸泡在高效液相色谱法（HPLC）水中。我们通过在预燃烧的玻璃纤维过滤器上放置并干燥7.5微升HPLC水或塑料浸出液来测试海葵的进食行为，并测量了从摄入到排出的时间（进食保留时间）。在实验1中，记录了海葵对过滤器的摄入或拒绝情况；如果摄入，则测量进食保留时间。在实验2中，将排出的过滤器提供给未摄入过塑料的海葵，并测量相同的行为指标。我们测试了三个假设：1）海葵会以相同的速率拒绝所有对照和塑料浸出液过滤器；2）对照和塑料浸出液过滤器的进食保留时间没有差异；3）先前摄入过的过滤器再次提供给新的海葵时，其进食保留时间相似。使用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）确定了用于制备浸出液的塑料颗粒和刀具的聚合物类型，并结合高分辨率质谱法与超高效液相色谱法进一步分析了这些浸出液。
章节片段
材料
为了清洁材料，我们将1升宽口的硼硅酸盐罐和大约2平方厘米的玻璃纤维过滤器（Gelman Instrument Company型号A 47mm）在500°C下燃烧了4小时。
塑料浸出液的制备
来自美国马萨诸塞州切姆斯福德的Novolex公司的聚苯乙烯预生产颗粒（批次#685D）被储存在预先燃烧过的、带盖的玻璃罐中，并用氮气和黑色哑光铝箔包裹，以尽量减少塑料因老化而发生的化学变化。
结果
除非另有说明，结果以平均值±标准误差（SEM）的形式呈现。我们比较了对照组和实验组海葵的进食保留时间。“对照组”指的是仅摄入HPLC级水的玻璃纤维过滤器的海葵。“实验组”包括摄入含有7.5微升刀具或颗粒浸出液的玻璃纤维过滤器的海葵。未稀释的浸出液被称为“高浓度刀具浸出液”或“高浓度颗粒浸出液”，而1:10稀释后的浸出液被称为“低浓度刀具浸出液”和“低浓度颗粒浸出液”。
讨论
本研究证实，聚苯乙烯刀具和预生产颗粒的浸出液能够触发海葵的进食反应。我们最初的假设是海葵会以相同的速率拒绝所有对照和塑料浸出液过滤器（假设1），数据支持了这一假设，因为只有来自低浓度刀具浸出液组的一个过滤器被海葵拒绝并未被摄入。我们否定了假设2（对照组和塑料浸出液过滤器的进食保留时间没有差异）。
作者贡献声明
Zoie Taylor Diana：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目协调、方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念化。Sophia McGee：撰写——审阅与编辑、初稿撰写、方法论设计、研究实施、数据管理、概念化。Daniel Rittschof：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、软件使用、资源管理、项目协调
Allen等人，2017a；Diana等人，2020a；Pew慈善信托基金Systemiq，2020；FCCmigex数据库，2022；Pinheiro和Bates，1999。
Novolex提供了用于进行本研究的塑料刀具、预生产颗粒和资金。资助方未参与研究设计、数据收集、数据分析、论文撰写或文章发表决策。作者们没有其他需要声明的利益冲突。
Novolex提供了用于进行本研究的塑料和资金。资助方未参与研究设计、数据收集与分析、数据分析、论文撰写，也未参与决定文章发表。ZTD和DR特别感谢Oak基金会的支持，以及Bass Instructor of Record奖学金，该奖学金使她能够开展包含海葵进食测试的课程。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务关系/个人关联：Daniel Rittschof指出Novolex提供了财务支持；Zoie Diana指出Novolex提供了财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务冲突或可能影响本文研究的个人关系。
我们要感谢Beatriz Orihuela和Jordan Scott在实验室中的协助，同时感谢Heather Stapleton博士在分析塑料浸出液方面的初步帮助，以及Amanda Lohmann借给我们的竹制绘图本和用于计算表面积的电子设备，还有Stefano Da Vela在DLS分析方面的支持。
Zoie T. Diana|Sophia McGee|Chingakham Chinglenthoiba|Suresh Valiyaveettil|Jan Tebben|Tilmann Harder|Daniel Rittschof杜克大学海洋实验室，杜克大学尼古拉斯环境学院，美国北卡罗来纳州博福特，杜克海洋实验室路135号
