模拟海洋增温条件下，标记为"珊瑚友好型"的商业防晒霜对鹿角珊瑚的生态生理响应

《Journal of Experimental Marine Biology and Ecology》：Ecophysiological responses of Montipora digitata to a commercial sunscreen formulation marked as “coral-friendly” under simulated ocean warming

　　

## 摘要

珊瑚礁正日益面临全球海洋变暖和局部污染的压力，其中包括被营销为"珊瑚友好型"的防晒霜。虽然单个紫外线过滤剂（如氧苯酮、奥克立林）的不利影响已有详实记录，但鲜有研究针对完整配方进行评估，尤其是在全球变暖与局部污染双重胁迫的情景下。本研究选取常见分枝珊瑚——鹿角珊瑚（*Montipora digitata*）的克隆碎片，将其暴露于市售"珊瑚友好型"防晒霜中，浓度为50 mg L?1，持续28天。第一阶段海水温度维持26 °C，末周（第二阶段）逐步升至32 °C。通过经验证的校准曲线，采用分光光度法每日定量检测防晒霜衍生的紫外线吸收化合物，确认整个实验过程暴露条件稳定可控。

本研究评估了珊瑚的死亡率、生长量、色素含量、氧通量（光合作用与呼吸作用）以及培养水中微生物的生物需氧量（BOD）。所有珊瑚在实验期间均存活。环境温度（26 °C）下，暴露防晒霜的珊瑚生长速率较对照组提高约80%，色素含量提高7%，氧通量无显著差异。升温至32 °C后，防晒霜处理组珊瑚的生长速率仍维持2至3倍的较高水平，色素含量提高13%，光合作用与对照组相当。26 °C条件下，防晒霜处理组的BOD较对照组高出约33%，提示微生物活动增强。

研究结果与防晒霜衍生的易降解溶解性有机物在促进微生物过程、潜在支持珊瑚短期热胁迫下异养代谢方面具有积极作用这一推断一致。所施加的浓度代表高使用率沿岸区域的现实短期脉冲暴露情景，而非礁区背景条件。尽管在短期实验条件下未观察到不利影响，但这些结果仅限于所测试的防晒霜配方与暴露情景，不可外推至慢性效应或生态系统层面的影响。需开展长期多物种研究以评估反复暴露防晒霜的生态后果。

## 引言

珊瑚礁是地球上生物多样性最丰富、社会经济价值最高的生态系统之一，但正日益受到全球性与局部性胁迫因素的损害（Hughes et al., 2017; McClanahan et al., 2024）。海洋变暖驱动的大规模白化事件如今已普遍且反复发生，加速了造礁珊瑚的丧失（Cheng et al., 2022; Virgen-Urcelay and Donner, 2023）。富营养化、过度捕捞、沿海开发和污染等局部胁迫因素进一步削弱了珊瑚礁的韧性（Good and Bahr, 2021; Lamb et al., 2018; McLean et al., 2016）。

在局部胁迫因素中，个人护理产品造成的化学污染已成为日益引起关注的路径（Clergeaud et al., 2023; Ma and Yoo, 2021; Mitchelmore et al., 2021）。防晒霜中多种紫外线（UV）过滤剂经常在海滨游泳点附近的海水和沉积物中被检测到，并且同样与鱼类、哺乳动物和无脊椎动物等海洋生物的直接不利生物效应相关联（Corinaldesi et al., 2018; Mitchelmore et al., 2021; Nama et al., 2023）。约25%的防晒霜在休闲活动期间会被直接冲入海水（Danovaro et al., 2008）。包括废水途径在内，每年向珊瑚礁环境输入的防晒霜超过14,000吨（Downs et al., 2016; Giokas et al., 2007; Tovar-Sánchez et al., 2013）。常规监测通常发现紫外线过滤剂浓度在μg L?1量级，但在拥挤海滩附近或冲刷不良的泻湖等热点区域，浓度可达mg L?1水平（Mitchelmore et al., 2021; Tovar-Sánchez et al., 2020a; Watkins and Sallach, 2021）。一旦释放，防晒霜成分可在环境中持久存留、在沉积物中累积，并被众多甚至所有海洋生物摄取（Sánchez-Quiles and Tovar-Sánchez, 2015）。亦有证据表明其在食物网中的营养级传递，凸显了生物累积和生物放大的风险（Pintado-Herrera and Lara Martín, 2020; Wang et al., 2022）。这种持久性与传递进一步复杂化了生态风险评估，因为局部累积可能显著增加危害，即便平均浓度较低（Watkins and Sallach, 2021）。

防晒霜配方化学成分多样。通常包含有机紫外线过滤剂，如氧苯酮（BP-3）、奥克立林（OCR）、甲氧基肉桂酸乙基己酯（EHMC）、阿伏苯宗以及三嗪/水杨酸衍生物，以及无机过滤剂（二氧化钛、氧化锌）（Chatzigianni et al., 2022; Serpone et al., 2007）。氧苯酮是研究最为广泛的有机紫外线过滤剂，与珊瑚幼虫畸形、遗传毒性、类内分泌活性、白化敏感性和DNA损伤有关（Downs et al., 2016; He et al., 2019a; Mitchelmore et al., 2021）。其他常用的有机过滤剂，如甲氧基肉桂酸乙基己酯和奥克立林，同样与直接损害珊瑚有关。甲氧基肉桂酸乙基己酯可扰乱内分泌功能并诱发白化（Schneider and Lim, 2019; Siller et al., 2018），而奥克立林在珊瑚组织和线粒体中发生生物累积，导致氧化应激并损害代谢功能（Clergeaud et al., 2023; Mitchelmore et al., 2021; Stien et al., 2019）。此外，助剂如溶剂、表面活性剂和防腐剂会影响溶解度、聚集状态和生物可利用性，这意味着整体产品的暴露效果可能与单一成分的测试结果大相径庭，且暴露可能同时包含溶解态和颗粒态组分（Chatzigianni et al., 2022; Clergeaud et al., 2023; Florent et al., 2024）。

虽然许多实验室研究所用浓度高于原位常规监测水平，但在近岸热点区域，与实地相关的暴露情景仍然切实可行。各研究中观察到的一致性珊瑚胁迫反应表明存在真实的生态风险（Mitchelmore et al., 2021; Watkins and Sallach, 2021）。

作为对上述问题的回应，制造商转而使用"礁体安全"或"珊瑚友好"等宣称，这些术语越来越频繁地出现在产品营销和地区监管中。然而，这些术语缺乏统一的监管定义（Bergman et al., 2022; Nama et al., 2023）。这导致了公众困惑和政策不一致；一些司法管辖区已将针对特定紫外线过滤剂（如氧苯酮、甲氧基肉桂酸乙基己酯、奥克立林）的禁令或限制措施作为预防性举措引入（Florent et al., 2024）。然而，化学物质的生态效应强烈依赖于情境和剂量，关于绝对环境安全的宣称通常缺乏全面的长期或多物种证据支持（Raffa et al., 2019; Tsatalis et al., 2020）。

鉴于上述背景，开展（i）测试完整配方、（ii）使用代表造礁物种的成体珊瑚碎片、（iii）纳入升温等现实协同胁迫因子的生态毒理学研究，对于全面理解这些"礁体安全"宣称的真实性至关重要（Clergeaud et al., 2023; Mitchelmore et al., 2021）。成体珊瑚的敏感性可能与早期生命阶段存在差异，其反应（生长、白化、呼吸、微生物组变化）直接关系到珊瑚礁的存续（Downs et al., 2016; He et al., 2019b）。然而，在成体造礁石珊瑚中观察到的反应不一定能外推至其他珊瑚虫纲类群，如软珊瑚或软体珊瑚，它们在生理学、生态功能和对环境胁迫的敏感性方面可能存在显著差异。此外，近年来的综述明确呼吁开展更多结合多种胁迫因子和完整产品暴露的实验，以更好地为风险评估和管理决策提供依据（Florent et al., 2024; Mitchelmore et al., 2021）。

因此，本研究旨在评估鹿角珊瑚（*Montipora digitata*）成体碎片对完整配方市售防晒霜（营销为"珊瑚友好型"的V.SUN Sun Cream Body SPF 50）暴露的生态生理响应。该产品宣称不含纳米颗粒、微塑料以及受管制的常用紫外线过滤剂氧苯酮、甲氧基肉桂酸乙基己酯和奥克立林。取而代之的是，它含有有机紫外线过滤剂组合，包括阿伏苯宗、乙基己基三嗪（EHT）、水杨酸辛酯、双-乙基己氧苯基甲氧基苯基三嗪（BEMT）、二乙基己氨基三嗪（DBT）以及苯并咪唑磺酸（PBSA），以及无机紫外线过滤剂二氧化钛。根据制造商信息，二氧化钛用作防腐剂氯化银的载体。

本研究在受控条件下定量测定了珊瑚的生长量、色素含量（作为白化指标）、氧通量以及水族箱级别的生物需氧量。通过逐步升温方式测试防晒霜与热胁迫的交互作用。通过使用完整产品暴露、标准化施用以及重复水质监测，我们旨在获取关于产品真实行为和珊瑚响应的可靠数据，同时承认将高剂量实验室结果外推至背景浓度时的局限性（Mitchelmore et al., 2021; Watkins and Sallach, 2021）。我们的方法直接回应了近期关于提高实验现实性和开展多胁迫评估以支持保护相关决策的呼吁（Clergeaud et al., 2023; Florent et al., 2024）。因此，本研究通过在受控但生态相关的条件下对成体珊瑚碎片进行完整防晒霜配方的测试，包括现实的协同胁迫暴露，填补了关键知识空白，为风险评估和保护策略提供了数据支撑。

基于以往关于几种紫外线过滤剂对珊瑚及其他海洋生物产生不利影响的研究，我们假设防晒霜配方的暴露会对珊瑚的生理机能产生负面影响。具体而言，我们预期与对照珊瑚相比，出现生长减少、色素含量降低以及氧通量改变，且在升温条件下可能表现出更强的效应。

## 实验设置

本研究于2024年2月至4月在德国不来梅大学环境研究与可持续技术中心（UFT）的海洋生态学实验室进行。2017年从红海采集的鹿角珊瑚（*Montipora digitata*）群体在受控水族箱环境中维护（25 °C，盐度35.5‰，光暗周期12 h/12 h）。源自单一母群体（基因型相同；n = 32，高度2–3 cm）的碎片经裁剪使用……

## 结果

水参数在整个实验过程中保持稳定，处于适合珊瑚维护的范围内（表1）。除防晒霜暴露效应（图2）外，对照组与处理组水族箱之间未观察到一致差异。数值未随所施加的温度阶段发生系统性变化。

每个数据点上方的数字标签表示相应的浓度（mg L?1），根据图1建立的校准曲线（y = 0.0016× + 0.0072）计算得出。虚线……

## 珊瑚友好型防晒霜对鹿角珊瑚的总体效应

与我们基于先前关于单个紫外线过滤剂不利影响的研究所提出的初始假设相反，所测试的V.SUN配方并未损害鹿角珊瑚的生态生理。相反，在环境温度与升温条件下，该配方均促进了珊瑚的生长和色素积累。虽然大多数实验研究侧重于孤立的紫外线过滤剂并报道了不利影响（He et al., 2019b），但相对较少的研究评估了完整的防晒霜配方。

## 结论与展望

本研究证实，在约50 mg L?1浓度下暴露V.SUN防晒霜配方28天，不仅未损害鹿角珊瑚的生态生理，在多项指标上反而有所增强。升高的生物需氧量和稳定的生长表明，防晒霜衍生的易降解溶解性有机物和颗粒物质可能支持了异养代谢，尽管在峰值胁迫下光合性能的降低提示存在代谢权衡。

未来研究应评估……

## 关于生成式AI和AI辅助技术在论文准备过程中使用的声明

在本文撰写过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）以提升语言表达的清晰度。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对最终发表的内容承担全部责任。

## 作者贡献

所有作者均参与了研究构思。材料准备、数据收集与分析由Leon Brück和Hannah Herschke完成。论文初稿由Leon Brück撰写，所有作者均对先前版本提出了意见。所有作者阅读并批准了最终稿件。

## CRediT作者贡献声明

Leon Brück：写作–审阅与编辑，写作–初稿撰写，可视化，软件，项目管理，方法论，形式化分析。
Hannah Herschke：写作–审阅与编辑，方法论，概念化。
Julia Rücker：写作–审阅与编辑。
Michael Sweet：写作–审阅与编辑。
Christian Wild：监督，资源，项目管理。

## 利益冲突声明

所有作者声明，他们与任何具有财务利益或非财务利益关联的组织或实体不存在关联或参与，这些组织或实体与本文讨论的主题或材料有关。本研究使用的防晒霜产品由V.SUN免费提供；然而，这不构成财务赞助或正式合作。V.SUN在研究设计、实验规划、数据收集、数据分析及结果解释中均未参与。

## 致谢

本研究由德国不来梅大学海洋生态学组的基线资金资助。感谢Lisa Freudenberg在实验期间的支持，以及Nina Nentwig在实验室提供的技术协助。我们衷心感谢V.SUN提供本研究所使用的防晒霜测试产品。这并非任何财务赞助或正式合作的一部分。

Leon Brück | Hannah Herschke | Julia Rücker | Michael Sweet | Christian Wild

德国不来梅大学生物与化学学院，海洋生态系