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塑料際“偵探”與微生物的“塑料奇緣”
可塑性強、可以裝酸堿、不怕太陽曬、防水、生產成本低等多重優點“傍身”的塑料被人所熟知。從問世至今不到百年的時間里，塑料已走入千家萬戶，深入人類生活各個角落。
但是，丟棄的塑料不僅影響環境，還會影響土壤、影響生態、甚至影響人類的可持續發展。2005年，英國《衛報》甚至將塑料袋評為人類最糟糕的發明。
而塑料際，則是指塑料制品進入土壤或者水體后，在塑料周圍形成的一種特殊的微環境以及這種微環境中所形成的微生物群落。早期大家對塑料污染的關注主要是由于其物理影響，近些年科學界發現塑料污染通過化學和生物效應也會造成深遠的影響。
日前，山東大學環境研究院教授劉建與香港理工大學助理教授金靈聯合多家國內外科研單位構建了全球塑料際微生物圖譜，揭示了塑料表面通過選擇性裝配特有微生物群落而產生的生態安全和人類健康風險。
塑料碎片樣品照片
李長超在實驗室中進行塑料表面DNA提取
走，扎進海里尋找塑料際
比起廣泛使用還不足百年的塑料，有關塑料際的研究則更是個“羽翼未滿”的“孩童”。
塑料際的概念，最早由荷蘭海洋微生物學家Linda A. Amaral-Zettler等人于2013年提出，此后塑料際研究逐漸發展。2020年，Linda A. Amaral-Zettler等學者在Nature Reviews Microbiology上綜述了塑料際微生物生態與風險后，塑料際研究進入高速增長期。
目前，研究發現塑料際表面會形成特殊結構的微生物群落，塑料際微生物群落通常具有更高豐度的致病菌和耐藥基因，微生物代謝有機化合物的功能潛力在塑料際中被增強，水環境中的塑料際微生物群落往往具有更高的反硝化功能潛力，可能產生氧化亞氮等溫室氣體，塑料際微生物群落對生態系統功能和健康具有潛在威脅。
劉建團隊對塑料際的探索則源于一次濕地調查。
彼時，李長超正讀碩士一年級，在外教課上他被分配到做有關微塑料的展示。查閱資料過程中，他突發奇想，“能否將自己目前的研究結合微塑料？”
他的想法很快得到了實踐的機會。
2019年暑期，他在導師劉建的安排下調查濕地生物多樣性，“微塑料是否會對微生物有影響？”“濕地里面的微塑料是什么樣的？”調查間隙，他不斷思考并對濕地微塑料展開研究，隨即向導師講述了自己的想法。
一向鼓勵學生大膽創新敢于實驗的劉建，僅用了一天時間考慮其可行性，就肯定了李長超的想法，支持他結合課題組已有的濕地生態學和微生物生態研究經驗，開始研究環境中塑料際微生物群落特征及其可能造成的生態影響。
2020年夏天，為了更好采集樣本做研究，他們專門租賃船只先后在青島膠州灣、煙臺丁字灣取樣。
海上風急，船只顛簸，隨船人員全身都被打濕。
“一上船，我就開始暈船，不停地吐，連采集地樣品都是委托同行的朋友幫忙，”李長超苦笑回憶道，“開船的師傅告訴我個好辦法，跳進海里就不暈了。”
為了盡快完成取樣任務，不會游泳的李長超竟真的套了個泳圈，就一頭扎進海里，晃晃悠悠地到海邊防鯊網處采集樣品。當時的他“無法預料到這次取樣的結果好壞，但是既然開始，就全力以赴，這是對科研的態度”。
2021年，本次取樣結果的相關文章發表至環境領域權威期刊《水研究》（Water?Research），這也為李長超提供了繼續堅持下去的信心和動力。
2021年3月，李長超申請到了香港理工大學聯合培養機會，并于8月份赴香港進行學習。
在香港，李長超主要由金靈指導，研究方向為環境健康。
從最初在劉建團隊中學習生態領域的知識，而后在金靈團隊中了解環境健康領域的前沿，于是，新的研究結合了生態與健康兩個方向，是跨領域合作的結晶。
在青島海上采樣
李長超在海中采集樣品
1192個同類研究樣本? ?首份全球塑料際微生物圖譜
“能否在全球尺度揭示塑料際微生物生態模式和影響？”
2021年，在導師金靈的支持與資助下，李長超在青島沿海與香港沿海進行了冬夏兩季的樣本采集。
對比之前取樣時的暈船“慘狀”，李長超稱香港的取樣工作“非常順利”。
“可能是之前‘練’出來了，后來在香港跟船出海采樣，在其他人都因為暈船吐得難受的時候，我反倒沒什么事，完成了自己采樣工作的同時也幫助其他人的采樣工作。”
從僅在山東沿海到擴大至香港，從單一樣本到不同時間不同地點的樣本分類對比，他們的視角越加開闊，全球大尺度的研究思路也隨之產生，開始為構建全球塑料際微生物數據集做準備。
塑料際生態領域研究尚未成熟，許多研究還處于探索中。研究方法不一致、研究數量不充足、收集數據困難重重……樣品有了，思路也清晰，但一系列問題卻都擺在團隊面前。
“我們對所有相關文獻進行檢索和篩查，按照一系列標準對數據進行篩選，最終在數據數量和質量之間進行平衡，獲取了高質量的、統一標準的、可有效避免數據偏移的一個全球塑料際微生物數據集。”李長超講道。
最終共收集了全球共1192個同類研究樣本，同類即指利用高通量測序技術分析環境塑料際微生物群落的研究。
2022年，劉建、金靈聯合國內外多家科研單位合作，最終建立了全球尺度塑料際微生物數據集，基于此數據集揭示了環境中塑料表面裝配的微生物群落特征及其產生的生態安全和人類健康風險。
研究發現的塑料際微環境馴化出高有機化合物代謝潛力的微生物群落，未來有望通過在塑料際中富集和篩選相關菌群研發塑料的微生物降解技術和產品，為全球塑料污染提供解決方案。
“起初，李長超的科研思維啟蒙于生態領域，想把這個研究做成認識塑料際微生物群落特征和規律的研究，在金老師的建議下，加入了對塑料際健康風險的分析，最終塑料際健康風險結果反而成為研究的一個重要發現和結論，這是兩單位合作的結果。”劉建向《中國科學報》介紹道。
畢業典禮時，劉建教授（左）與李長超（右）合影
導師金靈（左三）李長超（右二）在香港海域采集樣本
五年，向塑料際更深處游去
事實上，文章的見稿過程并不順利，甚至有點坎坷。
文章從2022年9月開始從國際頂級學術期刊投稿，但接連被拒稿了好幾次，其中有的已經經歷了返修階段但最終仍然沒有順利被發表。
“塑料際概念的提出讓大家意識到塑料污染的微生物效應也可能對生態系統功能和人類健康產生深遠影響，只有全面認識到塑料污染風險才能針對性的制定風險管控方案。”劉建講道，“我們對文章抱以厚望，雖然被拒稿時心情是低沉的，但從來沒想過放棄。”
心情受挫，但研究不能停滯。幾個月的修改與補充時間里，李長超又按照專家建議補充了宏基因組測序數據對結果進行雙重驗證。
2024年1月，文章最終被順利發表于Cell旗下綜合性期刊《創新》（The Innovation）上。
后來，文章不僅被選為期刊封面導讀內容和期刊精選內容，同時廣受國內外專家好評，并在近期于深圳召開的2024前沿科學創新大會中，被評選為最受歡迎論文。
2024年3月，劉建與金靈兩團隊再次合作，在環境科學頂刊《環境科學與技術》（Environmental Science & Technology?）發表了封面論文，首次提出“微塑料組（Microplastome）”的新概念，倡議以整體視角捕捉微塑料的真實生態影響。
從2019年開始踏入這個研究領域，到2024年，他們用五年的經驗積累，在環境微塑料和塑料際微生物的風險評估和應對方面貢獻了力量。
“在研究過程受阻時，想過放棄轉向更熟悉更容易的區域嗎”
“從來沒有！”
回顧取得此次成果的感受，李長超眼睛深邃明亮、毫無疲態。“最開始有點初生牛犢不怕虎的感覺，很想繼續研究自己感興趣的東西，自身的努力必不可少，但最幸運的還是一路遇到的老師都非常好，能夠支持我不斷研究下去。”
前一天提出的新研究方向，第二天就能被積極回應并同意，劉建說，“我的導師當初也是這么支持我的。”
如今，他將這份“興趣驅動下的自由”傳承給了自己的學生們，并告訴大家，“對本學科的重大問題保持關注，從中尋找自己最感興趣的點，然后圍繞興趣點深入挖掘，不辭辛苦積累數據，遇到困難不要氣餒，逢山開路，遇水架橋；多向同行請教和交流，通過多方合作解決困難。”
李長超至今還記得，初讀研究生時他寫下的“人生目標”：希望自己在30歲而立之時被人提起能被稱得上一句“科研新秀”。
那時，導師劉建回復他，“一定會的。”
論文相關信息：
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c08849
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