2004年，英國普利茅斯大學的海洋生物學教授 Richard Thompson 等人在 Science 上發(fā)表了一篇關(guān)于海洋水體和海洋沉積物中塑料碎片的論文，首次提出“微塑料”的概念。
微塑料是指直徑小于 5 毫米的塑料顆粒，還可進一步分為納米塑料(1-100nm)、亞微米塑料(100nm-1μm)、微米塑料(1μm-5mm)。這些微塑料顆粒在水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)甚至大氣中廣泛分布。全球海水中微塑料的平均濃度在 0.01-10 個/m3；即使在全球最深的海域馬里亞納海溝也有大量微塑料沉積，甚至明顯高于其他海底沉積物的含量。
微塑料粒徑小，生物可降解性低，可作為多種病原體、金屬、抗生素和有毒化學物質(zhì)的載體。當微塑料積累于生物體內(nèi)時，可造成腸道菌群紊亂、基因表達失調(diào)、行為和生理功能障礙、免疫毒性及生殖缺陷等健康問題。
因此，微塑料既是危害地球環(huán)境的“隱形殺手”，更是危害生物安全的“慢性殺手”。2016 年召開的第二屆聯(lián)合國環(huán)境大會上，微塑料污染被列入環(huán)境與生態(tài)科學研究領域的第二大科學問題。2017 年，二十國集團漢堡峰會通過“二十國集團海洋垃圾行動計劃”，將微塑料問題提升到了全球治理層面。
探究微塑料對于健康的威脅迫在眉睫。
一種重要的環(huán)境污染指示物——蜜蜂，可以用作研究微塑料對生物體影響的模型。蜜蜂是重要的傳粉昆蟲，每個蜂群擁有幾千只工蜂，它們會在幾公里范圍內(nèi)采集花粉。當采集花粉時，蜜蜂會無意間成為環(huán)境污染物的攜帶者，繼而導致污染物在蜂蜜、蜂膠、蜂王漿和蜂蠟等蜂產(chǎn)品中積累。目前，城市周邊地區(qū)的蜂場中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在。
中國農(nóng)業(yè)大學鄭浩教授長期致力于蜜蜂模式動物的研究工作，中國農(nóng)業(yè)大學吳曉蒙副教授長期致力于食品包裝與食品安全的研究工作。兩課題組最近的合作研究成果證明了微塑料對蜜蜂腸道菌和腸道免疫系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，進而造成了致病菌侵入蜜蜂血淋巴。研究成果發(fā)表在 Science of the Total Environment，題為“Nano- and micro-polystyrene plastics disturb gut microbiota and intestinal immune system in honeybee”。文章提出了蜜蜂可作為新型模式動物，用于研究微塑料對腸道菌群的影響，擴大了人們對納米尺度微塑料健康風險的認識。
實驗中，該團隊觀察到微塑料被蜜蜂攝入后，進入中腸，又經(jīng)過狹窄的回腸，最終積累在直腸的過程。
▲圖 | 納米微塑料被蜜蜂攝入并積累在腸道（來源：論文1）
該實驗所用的塑料是聚苯乙烯。聚苯乙烯常被用來制作泡沫塑料制品，并可以和其他橡膠類型高分子材料共聚生成各種不同性能的產(chǎn)品。日常生活中常見的應用包括一次性飲料杯等餐具、泡面等食品外包裝、透明 CD 盒等，是食品包裝廢棄物的重要來源之一。
而蜜蜂的腸道微生物群為探索環(huán)境污染物如何影響宿主健康提供了優(yōu)勢。
腸道微生物群因其對宿主健康具有重要影響而受到特別關(guān)注。它可以改善食物消化、增強免疫系統(tǒng)并增加對病原體的抵抗力。而蜜蜂的腸道菌群是研究腸道菌群與宿主之間關(guān)系的絕佳實驗模型，已被用于研究腸道群落組成和多樣性的動態(tài)變化。與哺乳動物相比，蜜蜂腸道微生物群的簡單性和保守性使其成為理想的模型系統(tǒng)，尤其是在研究外部壓力（如微塑料或病原菌）的影響時。
2020 年的一項研究表明，聚苯乙烯對蜜蜂的整體體重和死亡率的影響有限。然而，它顯著改變了腸道微生物群結(jié)構(gòu)以及與免疫系統(tǒng)、抗氧化和解毒相關(guān)的基因表達。但這項研究僅涉及了直徑為 25μm 的微塑料，納米級塑料顆粒的影響仍然難以捉摸。
因此，鄭浩和吳曉蒙團隊對納米級別的微塑料進行了蜜蜂腸道菌附著情況及豐度影響研究。實驗結(jié)果表明，暴露于直徑為 100nm 的聚苯乙烯顆粒環(huán)境中的蜜蜂攝入微塑料顆粒后，全身重量和存活率顯著降低，腸道發(fā)育不良。隨著喂食時間從第 0 天增加到第 15 天，微塑料轉(zhuǎn)移到直腸，并積聚在大多數(shù)蜜蜂腸道共生體定殖的地方。
掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明，粒徑為 100nm 的納米級別微塑料會堵在花粉孔上；而粒徑為 1μm 的微塑料與腸道菌尺寸相近，會互相貼附；粒徑為 10μm 的微塑料尺寸較大，其上附著了較多的腸道菌。
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▲圖 |蜜蜂腸道中細菌、微塑料和花粉的聚集狀態(tài)（來源：論文1）
