科研人员在实验室提取塑料表面微生物DNA
塑料面世至今，不过百余年时间。成本低、稳定性好、延展性好等特点让塑料得以大规模应用，其结果是地球上已经少有无塑料的“净土”。
随处可见的塑料对人类会产生什么样的影响？日前，山东大学环境研究院教授、博导，环境生态学研究所所长刘建带领团队，与香港理工大学助理教授金灵联合多家国内外科研单位构建了全球塑料际微生物图谱。他们研究发现，塑料表面会选择性富集微生物，这些微生物会加速氧循环，加快有害物质、温室气体排放。同时，塑料表面还富集对植物、动物和人类有害的致病菌，这可能会让疾病在更大范围内传播。
基于这一发现，专家们展开一系列基础性研究，旨在为全球塑料污染治理提供新思路。
收集全球1192个同类研究样本，自建比对数据库
塑料污染是全球重大环境问题之一，而微塑料（粒径小于5毫米的塑料颗粒）作为一种新型环境污染物，被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题，成为与全球气候变化、臭氧耗竭等并列的重大全球环境问题。
作为人类世（指地球目前所处的地质时代）的标志和典型的人造表面，塑料（包含微塑料）为微生物提供了一个新生态位——塑料际。“塑料提供了一个疏水、悬浮、有机的特殊基质，富集了环境微生物从而形成生物膜，这个新的人造生态系统被称为‘塑料际’。”刘建介绍。这个人造生态系统中有哪些微生物群落？这些微生物有何特殊性？它们对环境、人类健康可能有何影响？这些都值得深入探索和研究。这些问题的答案，有助于全面评估塑料污染风险并制定应对策略、了解人类活动对地球生态系统的影响并反馈、拓展对特殊生态环境中微生物生态模式的认知，对实现人类与环境的可持续发展具有重要意义。
刘建团队对于塑料际的研究始于2019年的一次湿地调查。当时的研究主要集中在微塑料领域，后来样本采集范围越来越广，研究对象也逐步扩展到肉眼可见的塑料碎片。他们曾专门租赁船只在青岛胶州湾、香港近海分别取样，捞取塑料碎片样本。采集到的样本初筛完成后，要进行扩增子高通量测序或者鸟枪法基因组测序，以获取微生物序列，从而分析微生物群落的种类、丰度和多样性等方面的信息。“采样与测序的难度相对较小，技术也比较成熟，研究的难点主要是进行数据比对，以确认微生物的种类、数量等。”刘建告诉记者。数据比对的工作量非常大，他和团队成员为此专门购买了服务器，建立了数据库。团队成员李长超专门自学了编程，开发了数据库比对程序。
为了构建全球塑料际微生物图谱，刘建团队收集了全球1192个同类研究样本。“目前国际上通用的确定细菌种类的方法主要是扩增子高通量测序，这种方法在确定物种方面还不够精准，因此我们的生物图谱是按照属的水平分析的，共涵盖了千余个细菌属，涉及近万种细菌。”刘建告诉记者。
发现塑料际显著富集致病菌，呼吁评估塑料污染风险
刘建团队研究了淡水、海水、陆地生态系统中的塑料碎片。他们发现塑料际会选择性富集微生物，形成结构显著异于自然生态环境的微生物群落。在淡水生态系统中，丹毒思门菌、普通变形杆菌、弗氏柠檬酸杆菌和摩根氏摩根菌等致病菌在塑料际中的相对丰度比在自然环境中高出100倍以上；在陆地生态系统中，塑料际中的大肠杆菌、伊沃氏不动杆菌、弗氏柠檬酸杆菌、鲍曼不动杆菌和小行星诺卡菌的相对丰度比自然环境中高出100倍以上。“在不同的生态系统中，塑料际富集的细菌和病原体不同，这也表明塑料污染在不同的生态系统中可能构成不同的健康威胁。”刘建介绍。
研究发现，植物、动物和人类致病菌均在塑料际中被显著富集，多种在相关自然环境中未被检测到的致病菌出现在塑料际中，这说明塑料际还为细菌的远距离传输提供了“庇护所”。例如，诺卡氏菌通常作为一种腐生菌存在于土壤中，极少存在于海洋中。但团队在海水生态系统塑料际中新发现了诺卡氏菌。诺卡氏菌能导致人类肺部化脓性炎症，甚至可能危及生命。携带新型病原体的塑料碎片可以被海洋生物摄入，增加了海洋生物感染的概率，而且可能通过食物链威胁人类健康。
此外，塑料际中微生物的共存模式也被重新塑造，大量未发生在自然生态环境中的微生物关联在塑料际中产生。塑料际微环境驯化出具有高有机化合物代谢潜力的微生物群落，可能会加速生态系统中有机质的周转。参与氮循环的微生物丰度在塑料际中被显著改变，特别是淡水生态系统的塑料际中富集了参与反硝化过程的菌群，这可能会增加亚硝酸盐（对水生生物有毒害作用）和氧化亚氮（温室气体）的释放。
“据估计，1克海洋塑料碎片上承载的微生物量比1000升公海海水的微生物量高近10倍。到2050年，全球自然环境中累积的塑料垃圾量可能高达120亿吨，海洋中塑料垃圾的重量将远远超过鱼类的总重量。届时塑料际对海洋等生态系统的影响可能更为明显。”刘建介绍。以往人们主要关注塑料本身造成的污染，对塑料带来的衍生污染物关注较少。基于此，团队呼吁将塑料污染的微生物风险纳入其风险评估框架，综合考虑塑料的物理、化学和生物作用在不同环境中产生的差异化生态效应，从而确定优先管控区域。
关于塑料际的研究可以为塑料污染的治理提供新思路。团队研究发现塑料际微环境驯化出高有机化合物代谢潜力的微生物群落，未来有望通过在塑料际中富集和筛选相关菌群，研发塑料的微生物降解技术和产品，为全球塑料污染提供解决方案。
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