《Environmental Pollution》：Early eukaryotic plastisphere in a boreal fjord: Identifying colonization drivers and uncovering novel parasite-diatom co-occurrence
编辑推荐：
海洋塑料碎屑为微生物提供了可移动的定殖表面，但塑料生物膜（即塑料圈，plastisphere）的生态影响尚未被完全理解。本研究聚焦于真核生物的初期定殖动态，这是塑料圈中研究不足但至关重要的组成部分。研究人员在挪威中部的北方峡湾中，于两个站点、连续五个季节，每季
海洋塑料碎屑为微生物提供了可移动的定殖表面，但塑料生物膜（即塑料圈，plastisphere）的生态影响尚未被完全理解。本研究聚焦于真核生物的初期定殖动态，这是塑料圈中研究不足但至关重要的组成部分。研究人员在挪威中部的北方峡湾中，于两个站点、连续五个季节，每季将原始和风化塑料（PE和PET）以及惰性对照（玻璃）孵育4周。通过18S rRNA宏条形码（metabarcoding）评估真核群落组成。群落组成的多变量分析表明，塑料颗粒首次进入海洋环境时的环境背景（季节和站点）驱动了初期定殖动态，底物类型不影响群落组成。利用广义线性潜变量模型（GLLVM），研究人员鉴定出在特定塑料上出现概率高于玻璃的个别类群，但这些类群在站点和季节间不一致，表明存在情境依赖或随机的聚合物亲和性。GLLVM框架还揭示了残差共现模式（在考虑季节、站点和底物后），其中出现了强烈的Syndiniales-硅藻（Bacillariophyceae）信号。需要进一步研究来确定这种共现是否反映直接的寄生虫-宿主互作，以及这种潜在关系是否具有生态意义，因为Syndiniales和硅藻均被视为海洋食物网中的关键成员。塑料碎屑持续流入海洋环境意味着塑料圈群落正在扩张。理解这些新型塑料群落中的生态动态对于全面评估塑料污染对海洋生态系统的影响至关重要。
塑料污染已成为全球性环境问题，海洋中塑料总量估计达7500万至1.99亿吨。塑料表面可形成由微生物组成的生物被膜，即塑料圈。塑料圈群落包含原核生物、真核生物和真菌，其中真核微生物在结构和功能上具有重要作用，但相较于原核生物研究仍显不足。早期定殖动态如何受季节、地点和底物类型影响尚不明确，生物互作在塑料圈群落构建中的作用也鲜有探讨。为此，研究人员在挪威中部特隆赫姆峡湾（Trondheimsfjord）开展了一项原位孵育实验，以探究早期真核塑料圈群落的驱动因素及潜在生物互作。
研究人员使用工业级原始塑料和人工风化塑料，包括高密度聚乙烯（PE）及其风化版本（wPE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）及其风化版本（wPET），并以透明玻璃作为惰性对照。底物固定于金属网格上，在两个城市化程度不同的站点（TBS和SELVA）浸没于5–8米深度，连续五个季节（2024年2月至2025年2月）每季孵育4周。实验期间同步采集周围海水样品。真核群落通过18S rRNA基因V9区域的宏条形码测序进行分析。主要关键技术方法包括：DADA2流程进行ASV推断，LULU合并，PR2数据库和NCBI分类注释；统计方法包括置换多元方差分析（PERMANOVA）、同质性检验（PERMDISP）、基于期望最大化的微生物来源追踪（FEAST）、广义线性潜变量模型（GLLVM）以及共现网络分析。样本队列来源为挪威特隆赫姆峡湾的两个固定站点，覆盖冬、春、夏、秋及次年冬季五个季节。
研究结果如下。3.1 塑料圈与海水群落：塑料圈生物被膜与周围浮游真核群落显著不同（PERMANOVA，R2=0.445，p=0.001），两者共享32.7%的ASV。基于FEAST的微生物来源追踪显示，同期浮游群落对生物被膜群落的平均贡献仅为26.6%，且不同季节、站点和底物间无显著差异，表明塑料圈定殖并非被动地从水柱中“播种”。3.2 塑料圈群落组成驱动因素：全因子PERMANOVA显示季节解释最大比例的群落变异（R2=0.626，p=0.001），其次是站点（R2=0.054，p=0.001），季节与站点交互效应显著（R2=0.124，p=0.001），而底物类型对群落组成无显著主效应或交互作用。两站点和所有季节间均存在显著差异，春季站内离散度最大。3.3 GLLVM：单类群的底物偏好：尽管群落水平上无底物效应，GLLVM模型识别出少量ASV在特定季节和站点对某些塑料类型表现出显著高于玻璃的出现概率。可靠的对比仅在SELVA站点检测到（34个对比，涉及23个ASV），TBS站点无对比通过筛选。没有ASV满足在四种塑料上均升高的“塑料泛化种”标准；仅两个ASV（褐藻Leathesia difformis和一个未分配ASV）在三种塑料上升高，三个ASV在两种塑料上升高。升高现象通常局限于个别季节，表明塑料亲和力呈强季节依赖性和情境依赖性。另有三种硅藻和一种褐藻在春季于wPE上的出现概率显著低于玻璃，但无普遍回避现象。3.4 设计驱动与残差共现：将ASV对共现分解为设计驱动（站点、季节、底物及其交互）和残差部分后，设计因素解释了65.5%的共现变异，残差占34.5%。共现象限分布显示，Q1（相似设计响应+正残差共现）占主导，占所有配对48.4%和强配对74.2%；Q3（不同设计响应+正残差共现）次之；负关联较少。共现评分最高的50个ASV对中，Syndiniales（寄生性甲藻）与硅藻纲（Bacillariophyceae）之间呈现强烈的正残差共现，而Syndiniales与轮虫呈负共现。该信号在海水样品中缺失，且硅藻在生物被膜中相对丰度远高于海水（冬季平均达64.9%），Syndiniales则在水柱中更丰富（平均4.7%，秋季达8.45%），表明该寄生虫-硅藻关联特异于表面附着群落。3.5 残差共现网络分析：基于强残差相关构建的网络包含102个节点和2065条边，92%为正关联。桥接类群（高介数中心性）包括硅藻（Navicula sp.、Chaetoceros socialis、Grammonema striatula）、Syndiniales（Dino Group I）、内肛动物Loxosomella sp.和纤毛虫Ephelota mammillata。枢纽类群（高节点强度）以硅藻和Syndiniales为主（13个枢纽中占8个）。所有以负关联为主的节点均属于Opisthokonta，包括轮虫Adineta vaga、线虫Halomonhystera disjuncta和桡足类Lichomolgus marginatus。
讨论部分指出，塑料底物支持与海水浮游群落显著不同的真核群落，定殖过程受确定性环境选择驱动。季节是塑料圈群落组成的最强驱动因素，与峡湾光照、温度和盐度的季节性波动一致。底物效应仅体现在个别类群的特定条件下，可能受生物竞争、摄食或风化聚合物化学浸出的共同影响。关于寄生虫-硅藻共现，虽然已有文献报道浮游群落中Syndiniales与硅藻的统计关联，但本研究首次在塑料圈中发现强烈的正共现信号，且该信号在海水样品中缺失，提示塑料生物膜可能成为寄生虫与宿主相遇的“热区”。该关联的生物学机制尚未明确，可能代表活性感染、dinospore积累或间接营养关系。研究局限性包括宏条形码无法区分活性感染与游离孢子、读段丰度不能直接代表生物量。未来应结合单细胞测序、显微成像和多标记物方法验证Syndiniales对硅藻的寄生关系，并考察成熟塑料圈中该模式的持续性。
研究结论部分可翻译为：本研究描述了在挪威特隆赫姆峡湾不同季节孵育的真核塑料圈群落的早期动态。研究人员证明，周围浮游群落并非这些附生塑料群落的主要定殖来源，表明塑料碎屑的定殖并非被动过程。研究进一步确定季节和站点是真核生物被膜群落的主要驱动因素，反映了空间变异和研究系统的强季节性。虽然底物类型不影响群落组成，但GLLVM框架鉴定出在塑料上出现概率高于玻璃的特定类群，然而这些类群在季节和站点间未表现出一致的塑料偏好，表明重要的情境依赖性。本研究首次强调塑料圈群落中存在强烈的Syndiniales-硅藻共现信号，尽管它们具有不同的栖息地偏好。该信号在过滤海水样品中缺失，表明生物被膜可能代表这些寄生虫-硅藻共现的热点。虽然这一信号在文献中已被重复检测到，但其生物学和机制仍有待深入探索。探索塑料圈群落中的这类生物互作至关重要，因为随着塑料碎屑持续进入海洋，其携带和积累的生物量可能放大生物互作，进而对海洋生态系统产生未知后果。
