加拉帕戈斯企鹅的“塑料之殇”，微塑料污染威胁海洋生态系统

微塑料可能正在濒危的加拉帕戈斯企鹅的食物网中迅速积累

微塑料的尺寸从 1 微米到 <5 毫米，是一种普遍存在的污染物，在全球海洋的各个部分都有发现，并已进入海洋食物网。由不列颠哥伦比亚大学 (UBC) 海洋与渔业研究所的科学家以及来自加拉帕戈斯群岛和 ESPOL 理工学院 (厄瓜多尔瓜亚基尔) 的厄瓜多尔研究人员领导的研究人员仔细观察了微塑料生物累积如何影响濒危的加拉帕戈斯企鹅 ( Spheniscus mendiculus )，将其作为指示物种，以追踪微塑料生物累积进入加拉帕戈斯群岛食物网的深度。

研究人员利用 Ecopath 和 Ecosim (EwE) 生态系统建模和生态追踪方法，直观地构建了独特的加拉帕戈斯企鹅食物网模型，以追踪企鹅食物网中微塑料的生物累积潜力。模型预测强调了微塑料在肠道中的积累行为和停留时间。

模型预测显示，企鹅猎物生物体内的微塑料积累和污染迅速增加，导致加拉帕戈斯企鹅的单位生物量中微塑料含量最高，其次是梭鱼、凤尾鱼、沙丁鱼、鲱鱼、沙丁鱼和捕食性浮游动物。

参考文献：Karly McMullen, Félix Hernán Vargas, Paola Calle, Omar Alavarado-Cadena, Evgeny A. Pakhomov, Juan José Alava. Modelling microplastic bioaccumulation and biomagnification potential in the Galápagos penguin ecosystem using Ecopath and Ecosim (EwE) with Ecotracer. PLOS ONE, 2024; 19 (1): e0296788 DOI: 10.1371/journal.pone.0296788

一、Ecopath和Ecosim模型简介

Ecopath 和 Ecosim 是两款非常强大的生态系统建模软件，常被组合使用，简称 EwE。它们为生态学家和海洋科学家提供了一个强大的工具，用于分析和预测生态系统中的能量流动和物质循环。

1、Ecopath

• 静态模型： Ecopath主要用于构建生态系统的静态快照，即在某个特定时间点，生态系统中各个生物群落之间的能量流动关系。
• 功能：
  • 物种清单： 定义生态系统中的所有物种或功能组。
  • 食物网： 描述物种之间的捕食关系，并量化能量流动。
  • 生物量： 估算每个物种或功能组的生物量。
  • 生产力： 计算每个物种或功能组的初级生产力和次级生产力。
• 优势：
  • 全面性： 可以模拟生态系统中复杂的相互作用。
  • 可视化： 能生成清晰的食物网图，直观展示生态系统的结构。

2、Ecosim

• 动态模型： Ecosim在Ecopath的基础上，引入了时间维度，可以模拟生态系统在时间上的变化。
• 功能：
  • 预测： 预测生态系统对干扰（如过度捕捞、环境变化）的响应。
  • 情景分析： 评估不同管理措施的影响。
  • 不确定性分析： 量化模型输出的不确定性。
• 优势：
  • 动态模拟： 可以模拟生态系统的长期变化趋势。
  • 政策评估： 为生态系统管理提供科学依据。

3、EwE的应用

• 渔业管理： 评估渔业对生态系统的影响，优化捕捞策略。
• 环境影响评估： 预测人类活动对生态系统的影响，如污染、气候变化等。
• 生态系统恢复： 设计生态系统恢复方案。
• 海洋保护区规划： 评估海洋保护区的保护效果。

Ecopath和Ecosim为生态学家提供了一个强大的工具箱，可以帮助他们更好地理解生态系统的运作机制，并为生态保护和管理提供科学依据。通过构建生态模型，我们可以更深入地了解生态系统的复杂性，并为保护我们的星球做出更好的决策。

二、什么是生物累积？什么是生物放大？

生物累积（Bioaccumulation）：生物累积是指生物体通过呼吸、摄食等途径从环境中吸收某种物质，且该物质在生物体内不易分解或排出，从而在机体内逐渐积累的过程。这种积累的过程就像一个“吸尘器”，生物体不断从环境中“吸入”有害物质，但却没有有效的“排气”系统。想象一下，一条小鱼生活在污染的水中，它不断地吞食含有微塑料的小藻类。随着时间的推移，这些微塑料会在小鱼体内逐渐累积，就像小鱼体内装了一个越来越大的“塑料袋”。

生物放大（Biomagnification）：生物放大是指在食物链中，某种物质（如重金属、有机污染物等）的浓度随着营养级的升高而逐渐增大的现象。也就是说，处于食物链顶端的捕食者体内的有害物质浓度往往远高于处于食物链底端的生物。继续上面的例子。一条大鱼吃掉了许多小鱼，而这些小鱼体内都累积了微塑料。这样一来，大鱼体内的微塑料浓度就会比小鱼高得多。如果一条海豹又吃掉了这条大鱼，那么海豹体内的微塑料浓度会更高。

生物累积和生物放大是两个密切相关的概念。生物累积是生物体对有害物质的“被动吸收”，而生物放大则是有害物质在食物链中的“主动传递”。这两个过程共同导致了有害物质在生态系统中的富集，对生态平衡和人类健康构成了严重的威胁。

二、微塑料到底是什么？它们是如何进入海洋的？

微塑料，顾名思义，就是尺寸非常小的塑料颗粒。它们主要来源于两个方面：

• 一次微塑料： 直接生产出来的小塑料颗粒，比如一些化妆品中的塑料微珠、工业生产中产生的塑料颗粒等。
• 二次微塑料： 大块塑料垃圾在环境中经过风吹日晒、海浪冲击等物理作用，逐渐破碎形成的更小的塑料颗粒。

微塑料的尺寸通常小于5毫米，甚至可以小到纳米级别。这么小的颗粒，肉眼通常是很难直接看到的，需要借助显微镜才能观察。

微塑料的种类繁多，主要取决于它们的来源和成分。根据形状，可以分为纤维状、片状、颗粒状等；根据成分，可以分为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

微塑料是如何进入海洋的？陆地上的微塑料通过雨水冲刷、河流携带等方式最终汇入海洋。工业废水和生活污水中的微塑料会直接排入河流、湖泊，最终进入海洋。空气中的微塑料颗粒会随着降水沉降到海洋中。渔业活动中丢弃的渔具、船舶涂料的磨损等都会产生微塑料。

三、这项研究的意义

Karly McMullen 等人在《PLOS ONE》发表的这篇论文，通过对加拉帕戈斯企鹅生态系统中微塑料的生物累积和生物放大的模拟研究，不仅为保护加拉帕戈斯企鹅提供了重要的科学依据，而且为全球范围内的微塑料污染研究做出了重要贡献。它强调了生态模型在评估微塑料生态风险中的重要作用，并为制定有效的微塑料污染防治策略提供了科学支撑。

1. 量化微塑料对生态系统的影响

• 具体物种的风险评估： 通过模拟，研究者可以量化微塑料对加拉帕戈斯企鹅等具体物种的风险，为保护这些濒危物种提供科学依据。
• 生态系统级影响评估： 研究可以评估微塑料对整个生态系统的影响，包括食物网结构的变化、能量流动受阻等。

2. 完善生态模型应用

• 模型验证： 通过将模型模拟结果与实际观测数据进行比较，验证Ecopath和Ecosim模型在评估微塑料污染方面的适用性。
• 模型改进： 研究可以为这两个模型的进一步改进提供数据支持，使其在未来能够更好地模拟更复杂的生态系统。

3. 为政策制定提供科学依据

• 风险评估： 研究结果可以为各国政府制定微塑料污染防治政策提供科学依据，帮助决策者评估不同政策的潜在效果。
• 优先保护区域： 可以帮助确定需要优先保护的生态系统，并制定相应的保护措施。

4. 为全球微塑料研究提供范例

• 方法学示范： 这项研究为其他地区、其他生态系统的微塑料研究提供了可借鉴的方法。
• 数据共享： 通过公开研究数据，可以促进全球范围内的合作研究，共同应对微塑料污染这一全球性挑战。

四、思考

如何改进Ecopath和Ecosim模型，使其更好地适用于不同生态系统和不同类型的微塑料？

微塑料是否会影响加拉帕戈斯企鹅的繁殖成功率？是否会影响蛋的孵化率、雏鸟的存活率？微塑料是否会损害加拉帕戈斯企鹅的免疫系统，使其更容易受到病原体的感染？微塑料是否会改变加拉帕戈斯企鹅的觅食行为、社交行为或其他行为模式？

如果减少微塑料的输入，加拉帕戈斯生态系统能否恢复到原来的状态？恢复需要多长时间？微塑料污染与气候变化的交互作用如何影响加拉帕戈斯生态系统？微塑料与其他污染物（如重金属、有机污染物）的协同作用如何影响生态系统？

加拉帕戈斯生态系统中的微塑料主要来自哪些来源？是本地产生的，还是远距离输送过来的？海洋环流如何影响微塑料在加拉帕戈斯群岛周围海域的分布？大气沉降在微塑料输送过程中扮演了怎样的角色？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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