Nature：微塑料无处不在，但它们有害吗？

　　

李敦珠(音译)以前每天都用微波炉加热他的午餐，放在一个塑料容器里。但是，李是一名环境工程师，当他和他的同事们发现一个令人不安的事实时，他停止了行动:塑料食品容器在热水中释放出大量被称为微塑料的微小颗粒。“我们很震惊，”李说。去年10月1日，李和都柏林三一学院的其他研究人员报道，水壶和婴儿奶瓶也出现了微塑料脱落。研究小组计算出，如果父母在塑料瓶里的热水中摇晃婴儿配方奶粉，他们的婴儿每天可能会吞下超过100万个塑料微粒。

李和其他研究人员还不知道这是否危险。每个人都吃和吸入沙尘，目前还不清楚多吃塑料微粒是否会对我们有害。英国埃克塞特大学(University of Exeter)生态毒理学家塔玛拉·加洛韦(Tamara Galloway)说:“你摄入的大部分东西都会直接通过肠道，然后从另一端排出。”“我认为，公平地说，潜在风险可能很高，”李彦宏说，他谨慎地选择了自己的措辞。

近20年来，研究人员一直担心微塑料的潜在危害，尽管大多数研究集中在对海洋生物的风险上。英国普利茅斯大学的海洋生态学家理查德·汤普森在2004年创造了这个术语，用来描述直径小于5毫米的塑料颗粒，他的团队在英国海滩上发现了它们。此后，科学家们在他们观察的任何地方都看到了微塑料:在深海;北极的雪和南极的冰;贝类、食盐、饮用水和啤酒;飘浮在空中，或随雨水在山峦和城市上空落下。这些微小的碎片可能需要几十年甚至更长的时间才能完全降解。“几乎可以肯定的是，几乎所有物种都有一定程度的暴露，”加洛韦说。

对微塑料最早的调查集中在个人护理产品中的微珠，在成型前可能会脱落的原始塑料颗粒，以及从废弃的瓶子和其他大型碎片中慢慢侵蚀的碎片。所有这些都被冲进河流和海洋:2015年，海洋学家估计，全球表层水中漂浮着15万亿到51万亿塑料微粒。自那以后，还发现了其他微塑料的来源:例如，道路上汽车轮胎上脱落的塑料斑点和衣服上脱落的合成微纤维。这些颗粒在海洋和陆地之间流动，所以人们可能吸入或食用来自任何来源的塑料。

今年3月2日，荷兰瓦赫宁根大学的环境科学家艾伯特·科尔曼斯报告称，通过对空气、水、盐和海鲜中的微塑料进行的有限调查，儿童和成年人每天可能摄入几十到超过10万个微塑料微粒。他和他的同事们认为，在最糟糕的情况下，人们每年可能摄入的微塑料相当于一张信用卡的量。

监管机构正在向量化人体健康风险迈出第一步——测量暴露量。今年7月，加州水资源控制委员会——该州环境保护局的一个分支机构——将成为世界上第一个宣布定量饮用水中微塑料浓度标准方法的监管机构，目的是监测未来四年的水，并公开报告结果。

评估塑料微粒对人类或动物的影响是另一个难题。这说起来容易做起来难。超过100项实验室研究已经将动物(主要是水生生物)暴露于微塑料中。但是他们的发现——暴露可能会导致某些有机体的繁殖效率降低或遭受物理损伤——很难解释，因为微塑料有多种形状、大小和化学成分，而且许多研究使用的材料与环境中发现的材料完全不同。

最微小的颗粒，被称为纳米塑料——小于1微米——最让研究人员担心(见“微塑料缩放”)。一些可能能够进入细胞，潜在地干扰细胞活动。但大多数粒子太小，科学家甚至无法看到;例如，它们没有被计算在科尔曼的饮食估计中，加州也不会试图监控它们。

           

来源(工具和成本):S. Primpkeet al。达成。Spectrosc。 74, 1012 - 1047(2020)。

有一点很清楚:这个问题只会愈演愈烈。每年大约有4亿吨塑料被生产出来，预计到2050年这个数字将翻一番。即使明天所有的塑料生产都神奇地停止了，垃圾填埋场和环境中现有的塑料——估计大约有50亿吨——将继续分解成无法收集或清理的小碎片，从而不断提高微塑料的水平。科尔曼斯称之为“塑料定时炸弹”。

他表示:“如果你问我有关风险的问题，我现在并不那么害怕。”“但如果我们什么都不做，我有点担心未来。”

模式的伤害

关于塑料微粒如何有害，研究人员有几种理论。如果它们足够小，可以进入细胞或组织，它们可能会被外来物刺激——就像长而薄的石棉纤维，它会炎症肺组织并导致癌症。有一种潜在的与空气污染类似的东西:来自发电厂、汽车尾气和森林火灾的煤烟斑点，称为PM10和PM2.5——直径测量为10μm和2.5μm的颗粒物——已知会沉积在呼吸道和肺部，浓度高会损害呼吸系统。科尔曼指出，尽管如此，PM10的含量还是比空气中发现的微塑料含量高出数千倍。

较大的微塑料更有可能通过化学毒性产生负面影响。制造商在塑料中添加增塑剂、稳定剂和颜料等化合物，这些物质中有许多是有害的——例如，会干扰内分泌系统。但是，摄入微塑料是否会显著增加我们与这些化学物质的接触，取决于它们从塑料微粒中排出的速度，以及微粒通过我们身体的速度——研究人员才刚刚开始研究这些因素。

           

在旧金山湾区收集的微塑料，标记为研究。信贷:科尔Brookson

另一种观点是，环境中的微塑料可能会吸引化学污染物，然后将它们输送到动物体内，这些动物吃掉了这些被污染的微粒。但动物还是从食物和水中摄入污染物，甚至有可能塑料微粒，如果吞咽时基本上没有污染，可能有助于清除动物肠道中的污染物。马里兰州盖瑟斯堡美国国家标准与技术研究所的海洋生物学家詹妮弗·林奇说，研究人员仍然不能就携带污染物的微塑料是否是一个重大问题达成一致。

对于海洋生物来说，最简单的危害可能是，这些生物吞掉没有营养价值的塑料微粒，并且没有吃足够的食物来生存。林奇还领导着位于檀香山的夏威夷太平洋大学海洋垃圾研究中心，他对在海滩上发现的死亡海龟进行了尸检，观察它们内脏中的塑料和组织中的化学物质。2020年，她的团队完成了对9只不到3周大的玳瑁海龟的一系列分析。一只只有9厘米长的小海龟的胃肠道里有42块塑料。大多数塑料微粒。

           

一只刚孵化的夏威夷玳瑁海龟，在它胃里的塑料微粒旁边。信贷:珍妮弗·林奇

林奇说:“我们不相信它们中有谁是专门死于塑料的。”但她想知道这些刚孵化的小企鹅是否挣扎着要达到它们所需的生长速度。“对这些小家伙来说，这是一个非常艰难的阶段。”

海洋研究

研究人员在微塑料对海洋生物的危害方面做了最多的研究。例如，英国普利茅斯海洋实验室的海洋生物学家Penelope Lindeque说，在微塑料的存在下，最小的海洋生物浮游动物生长更慢，繁殖更不成功:动物的卵更小，孵化的可能性更小。她的实验表明，繁殖问题源于浮游动物没有吃足够的食物。

但是，由于生态毒理学家在了解水生环境中存在何种微塑料之前就开始进行实验，他们严重依赖于人造材料，通常使用的是体积更小、浓度远高于调查结果的聚苯乙烯球(见“估量微塑料”)。

           

来源:自然分析

科学家们已经开始转向更符合环境的条件，使用塑料纤维或塑料碎片，而不是球体。一些人已经开始在试验材料上涂上类似生物膜的化学物质，这种生物膜似乎使动物更容易食用微塑料。

纤维似乎是一个特别的问题。林德克说，与球体相比，纤维穿过浮游动物需要更长的时间。2017年，澳大利亚研究人员报告称，暴露在微塑料纤维下的浮游动物产生的幼虫数量只有正常数量的一半，成虫也更小。这些纤维没有被摄取，但研究人员发现它们干扰了游泳，并识别出了生物体体内的变形。2019年的另一项研究发现，暴露在纤维中的成年太平洋鼹鼠蟹(Emerita analoga)寿命更短。

           

红色的微塑料纤维缠绕着Temora桡足类动物，一种浮游动物。资料来源:普利茅斯海洋实验室

大多数实验室研究让生物体接触一种特定大小、聚合物和形状的微塑料。科尔曼斯说，在自然环境中，生物暴露在一种混合物中。2019年，他和他的博士生梅雷尔·科伊绘制了对海洋、河流和沉积物的11项调查报告中所报告的微塑料的丰度，以建立水生环境中的混合物模型。

去年，他们与同事合作，在计算机模拟中使用这个模型来预测鱼类遇到足以进食的微塑料的频率，以及食用足够多的微塑料影响生长的可能性。研究人员发现，在目前的微塑料污染水平下，1.5%的渔场存在微塑料污染风险。但是，科尔曼斯说，在一些热点地区，风险可能会更高。一种可能是在深海:一旦到了那里，通常被沉积物掩埋，微塑料不太可能转移到其他地方，也没有办法清理它们。

海洋已经面临许多压力，林德克更担心微塑料会进一步减少浮游动物的数量，而不是向食物链上游转移到人类身上。“如果我们破坏了浮游动物等海洋食物网的基础，我们会更担心对鱼类资源和养活世界人口能力的影响。”

人类研究

主要研究人员表示，尚未有发表的研究直接检验了塑料微粒对人类的影响。目前仅有的研究依赖于实验室实验，将细胞或人体组织暴露于微塑料中，或使用小鼠或大鼠等动物。例如，在一项研究中，老鼠被喂食大量微塑料后，小肠出现炎症。在两项研究中，与对照组相比，接触微塑料的小鼠精子数量更少，幼鼠更小。一些对人体细胞或组织的体外研究也显示出毒性。但是，就像海洋研究一样，目前还不清楚所使用的浓度是否与老鼠或人类所接触的物质有关。大多数研究还使用了聚苯乙烯球，这不能代表人们摄入的微塑料的多样性。科尔曼还指出，这些研究属于同类研究的首创，一旦有了确凿的证据，就可能成为特例。体外研究比动物研究要多，但研究人员说，他们仍然不知道如何推断固体塑料微粒对组织的影响可能会对整个动物造成健康问题。

           

发现塑料?从美国西部的国家公园和荒野地区取样的这幅毫米宽的颗粒放大图像中，灰尘、沉积物、微塑料纤维和珠子混杂在一起。资料来源:珍妮丝·布拉尼，犹他州立大学

有关风险的一个问题是，微塑料是否会残留在人体内，并可能在某些组织中积累。对小鼠的研究发现，5μm左右的微塑料可以停留在肠道或到达肝脏。使用非常有限的数据如何快速老鼠排泄塑料微粒和粒子的假设只有一小部分1 - 10μm大小将通过肠道被吸收到体内,Koelmans和他的同事们估计,一个人可能会积聚几千lifetime2塑料微粒颗粒在他们的身体。

一些研究人员已经开始探索是否可以在人体组织中发现微塑料。去年12月，一个研究小组在一项观察6个胎盘的研究中首次记录了这一点。研究人员用一种化学物质分解了组织，然后检查了剩下的部分，结果发现其中4个胎盘中有12个微塑料颗粒。然而，当收集或分析胎盘时，这些斑点不是不可能是污染的结果，Rolf Halden说，他是位于坦佩的亚利桑那州立大学的环境健康工程师尽管他赞扬了研究人员为避免污染所做的努力，包括让产房远离塑料物品，以及证明通过同样的样本分析获得的空白对照材料没有受到污染。他说:“要证明一个给定的粒子确实起源于一个组织，这是一个持续的挑战。”

那些担心自己接触微塑料的人可以减少污染，李说。他对厨房用具的研究发现，塑料棚的数量很大程度上取决于温度——这就是为什么他不再用塑料容器加热食物的原因。为了减少奶瓶的问题，他的团队建议，父母可以用在非塑料水壶中煮过的冷水冲洗消毒奶瓶，这样就可以洗掉灭菌过程中释放的任何微塑料。他们还可以在玻璃容器中准备婴儿配方奶粉，等牛奶冷却后再装进奶瓶。该团队目前正在招募父母志愿者采集他们婴儿的尿液和粪便样本用于微塑料分析。

nano分数

那些足够小的颗粒能够穿透组织，甚至在细胞中停留，是最令人担忧的一种，在环境采样中值得更多的关注，哈尔登说。例如，一项研究故意让怀孕的老鼠吸入极其微小的颗粒，后来发现这些颗粒几乎存在于它们胎儿的每个器官中。“从风险的角度来看，这才是真正的问题所在，也是我们需要更多数据的地方。”

要进入细胞，粒子一般需要小于几百纳米。直到2018年，法国研究人员提出了1μm -的最大尺寸限制，才有了纳米塑料的正式定义法国图卢兹保罗·萨巴蒂尔大学的分析化学家亚历山德拉·特·哈勒说，微塑料足够小，可以分散在水柱中，微生物可以更容易地消化它们，而不是像较大的微塑料那样下沉或漂浮。

但是研究人员对纳米塑料几乎一无所知;它们是看不见的，不能简单地捞起来。光是测量它们就难倒了科学家。

研究人员可以使用光学显微镜和光谱仪来测量塑料颗粒的长度、宽度和化学组成，精确到几微米。在这个尺度以下，塑料颗粒就很难与非塑料颗粒(如海洋沉积物或生物细胞)区分开来。“你在大海捞针，但针看起来就像干草，”瑞士非营利研究组织Sail and Explore Association的纳米材料科学家罗曼?雷纳(Roman雷纳)表示。

           

德国奥尔登堡废水处理厂的样本，采用红外光谱分析的假彩色图像。有颜色的碎片是塑料聚合物;其他碎片包括橡胶、煤烟、沙子和植物纤维。资料来源:S. Primpke等。肛交。Bioanal。化学学报。410,5131-5141(2018)。

2017年，特·黑尔和她的同事们首次证明了纳米塑料存在于环境样本中:从大西洋收集的海水。她从水中提取胶体固体，过滤掉任何大于1 μ m的颗粒，烧掉剩余的，然后使用质谱仪对分子进行分解，并根据分子量对碎片进行分类，以确定残留物中是否存在塑料聚合物。

然而，这并没有给出纳米塑料的确切尺寸或形状的信息。通过研究她在探险中收集的两个降解塑料容器的表面，特·黑尔得到了一些想法。她发现，顶部的几百微米变成了水晶状，易碎;她认为这可能也适用于从这些表面脱落的纳米塑料。目前，由于研究人员无法从环境中收集纳米塑料，那些做实验室研究的人将自己的塑料磨碎，希望能得到类似的颗粒。

使用自制的纳米塑料有一个优势:研究人员可以引入标签来帮助跟踪测试生物体内的颗粒。雷纳和他的同事们制备了荧光纳米塑料颗粒，并将其置于由人类肠粘膜细胞制成的组织下。这些细胞确实吸收了这些颗粒，但没有显示出细胞毒性的迹象。

雷纳说，在完整的组织切片中找到塑料斑点——例如通过活组织检查——并观察任何病理影响将是解开塑料微粒风险之谜的最后一块。哈尔登说，这将是“非常可取的”。但要到达组织，粒子必须非常小，所以两位研究人员都认为很难最终检测到它们。

收集所有这些数据将花费大量时间。特哈勒与生态学家合作，对野外的微塑料摄入量进行量化。她说，仅分析800个昆虫和鱼类样本中大于700 μ m的粒子就需要数千小时。研究人员目前正在检测25-700μm范围内的粒子。她说:“这项工作既困难又乏味，而且需要很长时间才能取得成果。”对于更小的尺寸范围，她补充说，“付出的努力是指数级的。”

没有时间可以浪费

研究人员认为，目前环境中的微塑料和纳米塑料含量还很低，不足以影响人类健康。但他们的人数将会增加。去年9月，研究人员预计，每年增加到现有垃圾中的塑料数量——无论是被小心丢弃在密封的垃圾填埋场，还是散布在陆地和海洋上——可能会从2016年的1.88亿吨增加一倍多，到2040年达到3.8亿吨。科学家们估计，到那时，大约有1000万吨的塑料微粒是以微塑料的形式存在的——这一计算不包括现有垃圾中不断被侵蚀的颗粒。

该研究的第一作者、位于华盛顿的皮尤慈善信托基金的Winnie Lau表示，控制部分塑料垃圾是有可能的。研究人员发现,如果每个证明解决抑制塑料污染在2020年被采用,尽快扩大——包括转向系统的重用,采用替代材料和回收塑料,塑料垃圾的数量增加到2040年将降至每年1.4亿吨。

到目前为止，最大的收益将来自于减少只使用一次并被丢弃的塑料。加洛韦说:“生产可以使用500年的东西，然后只使用20分钟是没有意义的。”“这是一种完全不可持续的存在方式。”