海豚的肺部里藏着什么？首次在野外小型鲸豚中证实微塑料吸入现象

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
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编译 | 王芊佳 

在肯尼迪航天中心附近的香蕉河上，一只宽吻海豚（学名：Tursiops truncatus）正悠然自得地在研究船的尾波中冲浪。请注意它头顶，正是一个用于呼吸的喷气孔（Blowhole）。图源：美国国家海洋和大气管理局（NOAA）

本文约6300字，阅读约12分钟

塑料污染对海洋生物多样性构成了严重威胁，影响了生态系统的健康与平衡。随着塑料垃圾的持续增加，海洋生物面临着直接和间接的危害。海洋动物，如鱼类、海龟和鸟类，常常误食塑料，导致消化问题、营养不良甚至死亡。但是，此前尚未有关于鲸豚类海洋动物通过呼吸系统吸入微塑料颗粒的研究和报道。但一项最新研究，为微塑料吸入提供了直接证据。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，由一支研究团队于2024年10月16日发表在《PLOS ONE》期刊上的文章首次提供了自由游弋的小型鲸豚类（如海豚）吸入微塑料的证据。该研究揭示了微塑料污染对海洋生物潜在的健康威胁。

塑料作为一种普遍存在的环境污染物，其广泛使用导致了陆地和海洋生态系统中普遍的暴露。塑料在环境中降解后形成微小颗粒，这些微塑料已在不同生态链层级的多种动物中被发现。在人类的流行病学研究中，已有证据表明，吸入微塑料可能与氧化应激和炎症反应之间存在关联。虽然之前对宽吻海豚（Tursiops truncatus）的研究显示了它们对塑化化学物质（如邻苯二甲酸盐）的暴露，以及其消化道中存在颗粒，但迄今为止，吸入途径的暴露尚未得到充分的探讨。

本研究旨在确定吸入是否是自由生存的海豚获得微塑料暴露的可行途径。研究团队在佛罗里达州的萨拉索塔湾（Sarasota Bay, Florida）和路易斯安那州的巴拉塔里亚湾（Barataria Bay, Louisiana）对在健康评估过程中捕获并释放的海豚进行了呼气样本的收集，以筛查微塑料颗粒。结果表明，所有样本均至少含有一个疑似微塑料颗粒，并且对17个样本的聚合物成分进行了全面分析。

该研究结果显示，自由游弋的海豚体内，普遍存在着微塑料颗粒，这也就提出了海洋生物健康的新关注点。考虑到微塑料可能对肺功能和整体健康构成潜在威胁，进一步的研究显得尤为重要，以深入了解吸入微塑料的程度及其潜在影响。

研究简介

探讨微塑料对生态环境的威胁与影响

微塑料（即直径小于5毫米的塑料）作为一种普遍存在的污染物，已引起广泛关注。大量研究表明，微塑料的存在不仅在陆地、海洋和淡水环境中被记录在案，甚至在海冰中也有发现。这些微小颗粒几乎覆盖了全球的每一个角落，其在空气中的传播模型也逐渐被建立。因此，人与野生动物通过多种机制暴露于微塑料之中，尤其是通过摄入和吸入的途径。微塑料一旦进入生物体，可能在肠道、粪便和肺部沉积，甚至在人体心脏和胎盘组织中被检测到，这提示着微塑料可能通过血流转移。

微塑料的生物累积现象，同样引发了科学家的关注。此前一项关于中国某湖泊生态系统的研究发现，在不同的营养级中，位于最高营养级的生物体内微塑料的含量最高，这与其他研究结果一致。然而，关于微塑料在营养级内的生物累积现象也存在相反的证据，显示出当前对微塑料运输和命运的了解仍存在空白。因此，未来的研究需要更深入地探讨生物累积和营养级转移在微塑料暴露中的作用，尤其是那些主要依赖鱼类和海鲜作为食物来源的消费者。

在健康影响方面，流行病学研究和实验鼠研究表明，微塑料暴露与多种健康问题相关，包括氧化应激、细胞毒性，以及与肠道微生物多样性改变相关的炎症和免疫反应。此外，环境中的微塑料通常由数千种合成化学物质构成，并具备较高的比表面积，能够吸附其他环境污染物，如有机污染物、重金属及有害藻华毒素等。因此，微塑料不仅自身是一种污染物，还可能成为其他有害化学物质的载体，影响生物的繁殖、发育、新陈代谢和心血管健康。

尽管室内环境中微塑料颗粒的暴露风险评估表明，颗粒数量较多且以碎片和纤维为主，且大多小于100微米，但关于野生动物微塑料吸入的研究几乎不存在。这一现象尤为令人惊讶，因为在海洋野生动物中，微塑料摄入的证据已相当广泛，包括多种鱼类、滨鸟、海龟、鲨鱼及海洋哺乳动物等。最近的研究还表明，海洋可能是大气微塑料的来源。

以佛罗里达州萨拉索塔湾的宽吻海豚为例，自1970年以来，该区域的健康和种群研究就备受关注。研究团队曾提供了关于宽吻海豚摄入微塑料和邻苯二甲酸盐的普遍暴露的证据。因此，研究的目标，是确定在常规捕获与释放健康评估中收集的呼气样本是否可以用来识别、以及描述自由游弋的宽吻海豚的微塑料吸入暴露。

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观鲸豚的生态旅游不仅为人们提供了与海洋哺乳动物亲密接触的机会，还促进了对海洋生态系统保护的意识和理解。通过观察这些神奇的生物，游客可以深入了解鲸豚的生活习性、生态角色以及面临的威胁，从而激发他们对环境保护的兴趣和责任感，并为沿海社区创造了可持续的经济收益。上图是两艘船在美国新泽西州梅角以南的海洋中进行观海豚之旅。摄影：Smallbones（CC BY-SA 1.0）（图文无关）

研究的材料与方法

样本是如何收集、分析的

在近年来的生态研究中，微塑料作为一种新兴污染物，引起了科学界的广泛关注。为了深入了解自由生存的宽吻海豚对微塑料的吸入暴露，研究团队在2023年5月、6月分别在美国佛罗里达州的萨拉索塔湾（Sarasota Bay）和路易斯安那州的巴拉塔里亚湾（Barataria Bay）进行了健康评估和样本收集。

样本收集

在健康评估过程中，研究团队使用围网捕捉单只海豚，并对其进行暂时约束，以便收集与健康相关的生物、物理和形态数据。为了保障海豚的安全和福利，经验丰富的兽医团队全程参与了检查和取样。在萨拉索塔湾，研究人员使用经过去离子水清洗的培养皿，悬停在海豚的喷气孔上方约15厘米处，以收集其呼气样本。为了避免环境颗粒污染，同时还放置了一个未封闭的培养皿作为“现场空白”，以便在实验室过程中对比分析。

在巴拉塔里亚湾，研究人员通过冲洗用于评估肺功能的流量计内的流动细胞来收集呼气样本。该流量计在测量呼吸功能后，会用去离子水进行冲洗，收集到的水样在玻璃罐中冷藏，直到进行样本分析。此外，为了避免设备污染，在每次采样之前，流量计也会用去离子水进行清洗，以此作为“现场空白”。

据悉，本研究获得了美国国家海洋和大气管理局（NOAA）国家海洋渔业服务处颁发的科学研究许可证，并由相关伦理委员会审核和批准，确保研究过程符合动物保护标准。

样本分析

微塑料的处理采用在通风柜中将流量计的冲洗液过滤到GF/A 1.6微米的玻璃纤维过滤器上。培养皿样本也用去离子水冲洗三次并过滤到同样的玻璃纤维过滤器上，样本在封闭的玻璃培养皿中干燥。微塑料的表征遵循已有的标准，使用解剖显微镜对直径至少为35微米的颗粒进行视觉识别。通过加热针（温度为250°C）测试，判断熔化或留下痕迹的颗粒是否可能是塑料。

对部分疑似微塑料颗粒（n=17）进行聚合物类型分析，使用拉曼显微光谱法（Raman microspectroscopy）。选择的样本基于发现的主要颗粒类型，使用50X或100X物镜进行分析。通过匹配光谱数据，判断颗粒是否为塑料或人为来源。

为确保样本完整性，研究团队在实验过程中采取了一系列质量控制措施，包括佩戴100%纯棉实验室外套和清洁的丁腈手套，所有实验工具和玻璃器皿均用去离子水彻底冲洗。此外，还设置了多个阳性对照样本，以确定回收效率，所有对照颗粒的平均回收率均超过80%。

本研究作为探索性研究，采用描述性统计方法总结样本中微塑料的数量、形状和聚合物组成，并通过Mann-Whitney U检验比较不同性别（如雌性与雄性）和年龄组（如成年个体vs次成年个体）之间的微塑料颗粒计数。

一群海豚，摄于Azores。@摄影: 王敏幹（John MK Wong）| 绿会融媒·“海洋与湿地（图文无关）

研究结果

结论与讨论

在2023年进行的这项研究中，研究团队从5只生活在美国佛罗里达州萨拉索塔湾、和6只生活在美国路易斯安那州巴拉塔里亚湾的宽吻海豚身上收集了呼气样本、及对应的现场空白样本。通过对比分析，发现来自现场空白样本的微塑料颗粒主要包括纤维、薄膜和不同颜色的碎片，但萨拉索塔湾的样本与海豚样本中的颗粒在形态上并不相似。相较之下，巴拉塔里亚湾的样本显示出更多的相似性。在对收集到的样本进行现场污染校正后，研究结果显示，100%的样本中均存在可疑的微塑料颗粒。

在这项研究中，微塑料颗粒的尺寸均小于500微米，其中纤维的长度在0.237微米到1.7041毫米之间，宽度在0.0108微米到0.0839微米之间。薄膜的宽度则在0.0437微米到0.172微米之间。总的来说，所有呼气样本中共检测到54种独特的颗粒，且两地样本的分布几乎相当。值得注意的是，样本中纤维和薄膜的比例在两地之间存在显著差异，萨拉索塔湾样本中的纤维占比高达93%，而巴拉塔里亚湾样本则包含44%的薄膜、和56%的纤维。此外，两个地区的颗粒色素也存在显著差异，萨拉索塔湾的纤维主要为绿色、黑色、透明和棕色，而巴拉塔里亚湾的纤维则主要为红色和黄色。

在对微塑料颗粒进行聚合物类型分析时，17个可疑的微塑料颗粒（占总颗粒的31.5%）通过拉曼显微光谱法分析确认均为塑料来源。结果显示，这些颗粒中58%为纤维，42%为碎片。其中，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最常见的颗粒类型，占比达53%；聚酯（PE）紧随其后，占24%。此外，还检测到聚酰胺、聚丁烯对苯二甲酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），分别占12%、6%和6%。由于样本数量有限，研究团队未能进行更深入的聚合物比较研究。

通过拉曼光谱分析，研究团队确认了部分颗粒的塑料成分。这一发现表明，吸入微塑料可能是海洋哺乳动物暴露于微塑料污染的一个重要途径。此次研究为理解海洋环境中微塑料的来源及其对海洋生物的潜在影响提供了重要的数据支持，也为未来相关领域的深入研究奠定了基础。

宽吻海豚（Tursiops truncatus）。摄影：王敏幹（John MK Wong）©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

在讨论部分，作者团队指出，在城市和农村地区，空气中微塑料颗粒的分布和沉积现象已得到报道，因此可以预期这两个研究地点会受到微塑料污染的影响。在城市环境中，纤维状微塑料的环境污染非常普遍，这可能与污水排放密切相关。研究表明，海浪喷雾也可能将微塑料释放到大气中，因此任何排入萨拉索塔湾的污水都有可能导致海豚样本中微塑料的检测。尽管萨拉索塔湾实施了城市再生水输送系统，但在某些情况下，如系统失效或超负荷运转，仍可能导致污水直接排入海湾。此外，微塑料颗粒的丰度与人类活动呈正相关，城市地区的微塑料污染往往比农村地区更为严重。

在微塑料的聚合物成分方面，这两个采样地点的结果存在明显差异。在检测到的呼气样本中，80%的纤维状颗粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这与先前在海洋大气微塑料颗粒中观察到的PET丰度相一致。尽管两个地点的样本中均检测到了PET，但在萨拉索塔湾样本中的比例显著高于巴拉塔里亚湾（70%对29%）。由于PET通常用于生产纺织品，因而预计受到污水排放影响的城市地区PET污染的程度会高于农村地区。

微塑料的毒性受多种因素影响，包括聚合物类型、生产过程中添加的化学物质及吸附的污染物等。虽然现有数据有限，但吸入微塑料被怀疑会对肺部健康产生影响。研究表明，微塑料暴露可能导致氧化应激和炎症，从而引发实验室鼠类的肺纤维化。肺纤维化是一种进行性肺部疾病，预后较差，死亡风险高。对于宽吻海豚而言，潜水时依赖肺部压缩和塌陷，而肺纤维化可能会削弱这一能力，从而影响气体交换。因此，吸入的微塑料颗粒可能对肺部健康构成严重威胁。

尽管研究的样本数量较小，且仅限于呼出的微塑料，但这项研究的重要性不容忽视。未来的研究需要进一步关注吸入微塑料对海豚群体健康的潜在影响，尤其是在经历过环境灾害（如深水地平线油泄漏事故）的脆弱种群中。巴拉塔里亚湾的海豚已经因油泄漏事件经历了多种健康影响，因此，吸入的微塑料颗粒可能会加剧已有的肺部疾病。

本研究存在一些局限性，如样本量较小、采样地点有限等。未来的研究可以扩大样本量，增加采样地点，以提高研究结果的代表性。此外，可以采用更先进的分析技术，如同步辐射X射线显微镜，对微塑料进行更详细的表征。正如作者研究团队指出的，他们在这项研究中采取了严格的质量控制和质量保证措施，旨在减少样本收集和分析过程中的环境污染风险，但尽管如此，由于采样的机会性，研究结果可能并不具有代表性。为了未来的研究，他们建议采用密封的培养皿进行样本收集，以确保样本的纯净性。

感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：

Dziobak MK, Fahlman A, Wells RS, Takeshita R, Smith C, Gray A, et al. (2024) First evidence of microplastic inhalation among free-ranging small cetaceans. PLoS ONE 19(10): e0309377. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0309377

01

微塑料

海湿·小百科

微塑料（Microplastics）是指直径小于5毫米的塑料颗粒，广泛存在于自然环境中，包括海洋、湖泊、河流、土壤以及空气中。它们主要来源于大型塑料物品的降解、合成纤维的洗涤、工业过程中的原料泄漏等。微塑料不仅对生态系统造成威胁，还通过食物链影响水生生物及其他动物的健康，甚至可能通过食物和空气传递到人类体内。由于其小尺寸和持久性，微塑料在环境中难以去除，成为全球关注的重大环境问题之一。

02

拉曼显微光谱法

海湿·小百科

拉曼显微光谱法（Raman Microspectroscopy）是一种非破坏性的分析技术，它通过照射样品并分析散射回来的光来获取样品的化学成分和结构信息。这种方法具有高灵敏度、高分辨率和无需复杂样品前处理等优点，因此被广泛应用于材料科学、生物医学、环境科学等领域。在微塑料研究中，拉曼显微光谱法可以快速、准确地识别微塑料的种类、形状和大小，为我们深入了解微塑料的污染状况提供了有力工具。

想象一下，我们用一束特殊的光照射一个物体，就像用探照灯照射一个雕塑。大部分光会被反射回来，但有一小部分光会发生变化，这些变化的光就包含了关于这个物体材料的信息。拉曼显微光谱法就是利用这种变化的光来分析物质的组成。可以说，拉曼显微光谱法就像是一个“超级显微镜”，可以帮助我们看清微塑料的“指纹”，从而揭示它们的“身份”。

03

现场空白

海湿·小百科

现场空白（Field Blank），又称野外空白样品，是指在实验室中将不含待测物（即我们想要检测的物质）的纯净物质（如纯净水、空白滤纸等），装入与待测样品相同的容器中，并与待测样品一起带到现场。在现场，对这个空白样品进行与待测样品相同的处理过程，但并不实际采集样品。最后，将这个空白样品与待测样品一起带回实验室进行分析。

简单来说，现场空白就像是一个“空白的画布”，可以用它来检测在整个采样和分析过程中，是否引入了一些额外的污染物。在这个研究中，使用了现场空白（Field Blank），主要是为了控制和检测潜在的环境污染，以确保微塑料样本分析结果的准确性和可靠性。

04

喷气孔

海湿·小百科

喷气孔（Blowhole）是海洋哺乳动物（如海豚和鲸鱼）头顶部的一个生理结构（本文第一张图片里面清晰可见），主要用于呼吸。喷气孔的功能类似于鼻孔，允许这些动物在水面上呼吸空气。它通常位于动物头部的中心位置，并且在水下时保持关闭，以防止水进入肺部。当动物浮出水面时，喷气孔会迅速打开，使其能够吸入空气，并在呼气时将肺中的二氧化碳排出。呼气时，喷气孔会产生明显的水蒸气喷射，形成一个水柱，通常被称为“喷潮”。这个特征不仅有助于海洋哺乳动物进行气体交换，也为观察和识别这些动物提供了便利。在科学研究中，喷气孔也是收集生物样本（如呼气样本）的重要部位。

学而思

思考题·举一反三

Q1、微塑料对海洋哺乳动物的健康风险到底如何？微塑料在宽吻海豚等海洋生物的呼吸系统中，是否会引发健康问题？我们可以如何研究微塑料吸入对这些海洋生物的具体生理影响，以了解其对健康的长期后果？如果是从消化系统摄入微塑料的话，就像人类摄入膳食纤维可能促进消化一样，无害、却相反有益？你怎么看待，微塑料以消化道vs呼吸道的方式被摄入的正、负作用？

Q2、现有的塑料污染治理方法能否有效应对微塑料问题？在应对微塑料广泛存在的情况下，现有的政策和措施是否足够？我们需要哪些新的策略来更好地保护环境和生物健康？

Q3、微塑料污染问题已日益严峻，但我们似乎仍处于“头痛医头，脚痛医脚”的状态。除了研究微塑料对海洋生物的影响，我们是否应该更早地在源头上进行干预，从减少塑料生产和使用入手，才能真正解决问题？

Q4、“海洋与湿地”的读者可能注意到，今年底马上要在韩国召开第五次“塑料污染条约谈判”的政府间会议。那么，塑料污染条约在制定过程中，是否应将海洋动物作为考虑对象之一？条约是否应明确规定对海洋动物的保护措施，并将其纳入评估塑料污染治理效果的重要指标？如果是的话，如何量化塑料污染对海洋动物造成的损害，并将其纳入条约的评估体系？

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THE END

海

湿

编译 | 王芊佳

编辑 | Linda
排版 | 绿茵

【参考资料】

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0309377
https://www.theguardian.com/environment/2024/oct/16/microplastics-found-in-dolphin-breath-for-first-time-study

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