Are bio-sourced nanoplastics inert for aquatic species? A toxicity study on three micro-algae species and a freshwater bivalve
这项研究表明，源自各种聚合物的生物来源纳米塑料并非惰性物质，因为它们会显著抑制微藻生长、损害淡水双壳类动物的过滤功能，并引发水生生物的氧化应激和免疫反应。
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塑料污染在我们的海洋和河流中已是屡见不鲜，但这些材料的演变过程比单纯破碎成更小的碎片要复杂得多。几十年来，科学家们一直在研究传统塑料（由化石燃料制成）如何碎裂成微观甚至纳米级的颗粒，并在水中漂流并进入生物体。最近，一类新材料作为潜在的解决方案脱颖而出：生物来源塑料，通常被称为生物塑料。这些材料是由植物、植物油或木材衍生物等可再生资源制成的，而非石油。人们寄希望于由于它们源自自然，因此会对环境更安全，并且或许更容易降解。然而，仅仅因为一种材料源自天然，并不自动意味着它进入水中后就是无害的。当这些生物塑料降解时，它们也会变成微小的颗粒，这些颗粒可能肉眼不可见，但足以被微小生命吞噬，并被贝类过滤。关键的问题仍然在于：如果这些生物来源的颗粒最终进入我们的水道，它们的表现会像它们的化石燃料“同胞”一样吗，还是真正具有惰性且安全？
一个研究小组致力于回答这个问题，通过对五种不同类型的生物来源纳米塑料进行测试，观察其对水生生物的影响。他们选择了两种截然不同的生命形式，它们构成了食物网的基础：单细胞藻类和淡水蛤蜊。藻类作为水生生态系统的初级生产者，研究人员通过暴露于这些颗粒中，以观察其生长是否受到抑制。蛤蜊作为滤食性动物，不断通过身体泵水来捕获食物，研究人员测试了这些颗粒是否会干扰它们的进食能力以及其内部细胞的反应。研究人员使用了五种特定的生物来源聚合物：其中一些已投入市场，如聚乳酸（PLA）和聚酰胺 11（PA11），另一些仍处于开发阶段，包括一种由精油成分制成的聚合物和一种新型聚氨酯。他们在实验室中制造这些颗粒，使其大小大致相同，以确保任何差异都是由材料本身而非颗粒大小引起的。
研究结果显示，这些生物来源的颗粒绝非完全惰性。当藻类暴露在不同类型的生物来源纳米塑料中时，其生长在几乎所有案例中都受到了抑制。这种淡水藻类物种最为敏感，即使在极低浓度下也表现出明显的生长减缓。在测试的五种材料中，聚乳酸和聚酰胺 11 对藻类的破坏性最大，而衍生自精油的聚合物危害最小，尽管它仍会引起一些短期影响。有趣的是，研究人员发现，最毒性的影响往往发生在较低浓度而非较高浓度时。这表明在极高浓度下，颗粒可能会聚集在一起，从而降低其对生物体的有效性；而在较低的、更符合实际环境水平的浓度下，它们保持分散状态，更有可能与细胞发生相互作用。
对淡水蛤蜊的影响同样显著。在暴露一周后，接触了任何五种生物来源纳米塑料的蛤蜊都表现出滤食率明显下降，这意味着它们泵水和收集食物的效率降低了。这种效应甚至在低至每升一微克的浓度下也能观察到，这是一个非常小的水平，但在环境中具有潜在的相关性。蛤蜊并没有简单地排斥这些颗粒；相反，它们的身体进入了高度戒备状态。当研究人员检查蛤蜊组织内的基因时，发现暴露触发了大规模的生物反应。蛤蜊激活了与摄入外来颗粒、解毒系统以及对抗氧化应激（一种细胞损伤形式）相关的基因。它们还表现出免疫系统激活以及甚至程序性细胞死亡（即身体牺牲受损细胞以保护整个有机体的过程）的迹象。
研究强调了不同材料会导致不同类型的压力。例如，衍生自精油的聚合物和新型聚氨酯在最低浓度下对蛤蜊内脏器官产生了最强的反应，而聚乳酸和聚酰胺 11 则对藻类尤为严苛。这种差异表明，生物来源塑料的化学结构在决定其毒性方面起着重要作用，就像传统塑料一样。研究人员指出，这些效应发生得很快，仅在一个星期内，且所使用的浓度远低于许多以往研究中所使用的浓度。这表明，如果研究人员仅观察高浓度或短时间内的影响，可能会低估这些材料的潜在危险。
最终，这些发现挑战了“生物来源塑料是传统塑料之无害替代品”的假设。虽然这些材料由可再生资源制成，但研究证明，一旦它们在水中分解成微小颗粒，仍然可以破坏藻类的生长和滤食性动物的健康。蛤蜊的身体反应仿佛正遭受攻击，激活了复杂的防御机制，这可能会耗尽它们的能量并影响其长期生存。研究人员得出结论，虽然这些生物来源塑料可能比化石燃料塑料降解得更快，但它们对水生生物的初始影响是真实且显著的。随着这些材料产量的增长，了解其具体风险至关重要。研究表明，仅仅转向生物基材料并不是解决问题的万灵药；相反，这些新材料在设计和评估时，必须接受与任何进入环境的物质同等的谨慎和严格审查，以确保解决一个问题的同时不会创造另一个问题。
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