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海洋塑膠生物圈成為細菌的新家

塑膠是我們每天都會用到的東西。全球塑膠年產量兩億四千五百噸,平均起來每個人分到 35 公斤,等於超過一半人類族群的總重量。這麼多的塑膠當然造就出大量塑膠垃圾,這些塑膠垃圾大量流進海洋,你只要動動手指查一下就可以發現早已有各種動物吞食塑膠垃圾的報告,鯨魚[1],海豚[2],海豹[3],企鵝[4],海鳥[5, 6],海龜[7],魚類[8] 無一倖免。就算塑膠在經年累月日曬雨淋後逐漸破敗解體,也只是從大片塑膠崩解成為肉眼看不見的微粒,對濾食性的生物[9]或浮游生物[10]繼續造成危害,或許還會經由生物累積再次回到人類身邊。我們天天擔心塑化劑和雙酚A的問題;這些沒選擇的海洋生物則是天天在食物裡更直接地受到傷害。想像一下你把一個塑膠袋吞下肚,就像海龜也會誤把它當做水母吞下一樣。被吞下的塑膠袋可能會阻塞消化道,可能會造成發炎,沒多久你就得去醫院報到了。

地中海拯救海龜組織(MEDASSET)的海報。海龜不能分辨塑膠袋和水母,誤食塑膠袋對海龜來說是相當大的危險。

就像很多人類造成的嚴重後果一樣,最後的殘局總是得由微生物來慢慢收拾。塑膠當初被大量使用的原因之一就是它難以分解,結果就是它在海洋裡能長久停留。塑膠提供了可以在海洋裡吸附養份的表面,有了這些養份,細菌就來了。一份來自印度的研究報告指出 PVC 塑膠放在海水裡 30 分鐘就有不少細菌附著[11]。一份英國研究報告也指出細菌會在 PE 塑膠表面形成生物膜,塑膠的親水性增加及浮力變小[12]。親水性增加可以讓它容易被水中微生物接近利用,浮力變小可能幫助它沉入深海。不過這些報告上的證據都只是說明細菌會附著在塑膠上,而吸附的細菌並不見得會幫人類分解塑膠。就像我可以在 Starbucks 窩一陣子補充咖啡因,卻不會像則卷卡斯拉(=可美=寶瓜)那樣把整棟樓給啃了。

到底海洋裡的細菌能不能分解塑膠垃圾?人們在陸地上已經找到一些能緩慢分解塑膠的細菌,但是海水鹹鹹,我們不能指望這些陸地上的細菌能到海洋救援。曾有研究人員從印度海灣裡分離出能在實驗室裡分解 HDPE 塑膠的細菌[13],所以海水裡的確存在可以分解塑膠的細菌,在真正的塑膠垃圾堆裡能不能生長還是未知。 一篇日本的研究報告也指出,如果在海水裡放入 PET 塑膠當做細菌唯一的食物來源,六個月後海水中異營性細菌的數量並不會減少,顯然這群細菌很可能從 PET 塑膠裡得到養份[14]。最近一份美國的研究報告提供了更詳細的資料[15]。他們收集了漂流在北大西洋的塑膠碎片(小於 0.5 公分),帶回實驗室進行分析。他們以掃描式電子顯微鏡觀察這些碎片,不意外地發現大量細菌和其它微生物附著在塑膠表面。意外的是他們觀察到這些細菌似乎陷入塑膠表層,看起來像是把塑膠溶了個洞住進去。而且這些洞都和細菌大小很接近,應該是細菌自己溶出來的。這個證據支持海洋細菌可以分解塑膠的想法,雖然真正可靠的證據還是得在實驗室成功培這些細菌後才能到證實,至少這個結果告訴我們自然界的自我復原機制可能正緩慢地開始作用了。

塑膠碎片表面的細菌. 圖片出自原研究 Figure 2. Zettler et al. Environ Sci Technol. 2013 Jul 2;47(13):7137-46.

這篇研究報告還有個有意思的結果。他們以大量平行定序技術(parallel sequencing)分析了 PP 塑膠,PE 塑膠和附近海水裡的細菌組成,在 PP 塑膠找到 1165 種細菌[16],在 PE 塑膠上找到 880 種細菌,海水中找到 1975 種細菌。海水裡的細菌多樣性在自然界裡算是非常高的,這份數據告訴我們塑膠上的細菌多樣性大約是海水裡的一半,也可以算得上是個高多樣性的新環境。分析中也指出同時在塑膠和海水中出現的細菌只有 186 種,顯示塑膠是個新興社區,上頭住的是和海水裡很不一樣的居民。作者在這篇研究裡用了 “塑膠生物圈" (plastisphere)來稱呼這個環繞塑膠而生的新社群,其實想想,在北大西洋有 1100 噸塑膠碎片在漂流[17],這些碎片表面生活的微生物無論在數量或是多樣性,在地球上都是不能被忽視的了。我們真的已經用垃圾在海洋裡造就了一個新的棲地。該算是讓人類感到恥辱的永久紀念碑了吧?如果你開始有了點罪惡感,等一下請自己帶個杯子出門,買飲枓不要再用店家的塑膠杯了!

參考文獻及註解

  1. Avery-Gomm S, Provencher JF, Morgan KH, Bertram DF. Plastic ingestion in marine-associated bird species from the eastern North Pacific. Mar Pollut Bull. 2013 Jul 15;72(1):257-9.
  2. Denuncio P, Bastida R, Dassis M, Giardino G, Gerpe M, Rodríguez D. Plastic ingestion in Franciscana dolphins, Pontoporia blainvillei (Gervais and d’Orbigny, 1844), from Argentina. Mar Pollut Bull. 2011 Aug;62(8):1836-41.
  3. Bravo Rebolledo EL, Van Franeker JA, Jansen OE, Brasseur SM. Plastic ingestion by harbour seals (Phoca vitulina) in The Netherlands. Mar Pollut Bull. 2013 Feb 15;67(1-2):200-2.
  4. Brandão ML, Braga KM, Luque JL. Marine debris ingestion by Magellanic penguins, Spheniscus magellanicus (Aves: Sphenisciformes), from the Brazilian coastal zone. Mar Pollut Bull. 2011 Oct;62(10):2246-9.
  5. Avery-Gomm S, Provencher JF, Morgan KH, Bertram DF. Plastic ingestion in marine-associated bird species from the eastern North Pacific. Mar Pollut Bull. 2013 Jul 15;72(1):257-9.
  6. Lindborg VA, Ledbetter JF, Walat JM, Moffett C. Plastic consumption and diet of Glaucous-winged Gulls (Larus glaucescens). Mar Pollut Bull. 2012 Nov;64(11):2351-6.
  7. Lazar B, Gračan R. Ingestion of marine debris by loggerhead sea turtles, Caretta caretta, in the Adriatic Sea. Mar Pollut Bull. 2011 Jan;62(1):43-7.
  8. Jantz LA, Morishige CL, Bruland GL, Lepczyk CA. Ingestion of plastic marine debris by longnose lancetfish (Alepisaurus ferox) in the North Pacific Ocean. Mar Pollut Bull. 2013 Apr 15;69(1-2):97-104.
  9. von Moos N, Burkhardt-Holm P, Köhler A. Uptake and effects of microplastics on cells and tissue of the blue mussel Mytilus edulis L. after an experimental exposure. Environ Sci Technol. 2012 Oct 16;46(20):11327-35.
  10. Cole M, Lindeque P, Fileman E, Halsband C, Goodhead R, Moger J, Galloway TS. Microplastic ingestion by zooplankton. Environ Sci Technol. 2013 Jun 18;47(12):6646-55.
  11. Balasubramanian V, Palanichamy S, Subramanian G, Rajaram R. Development of polyvinyl chloride biofilms for succession of selected marine bacterial populations. J Environ Biol. 2012 Jan;33(1):57-60.
  12. Lobelle D, Cunliffe M. Early microbial biofilm formation on marine plastic debris. Mar Pollut Bull. 2011 Jan;62(1):197-200.
  13. Balasubramanian V, Natarajan K, Hemambika B, Ramesh N, Sumathi CS, Kottaimuthu R, Rajesh Kannan V. High-density polyethylene (HDPE)-degrading potential bacteria from marine ecosystem of Gulf of Mannar, India. Lett Appl Microbiol. 2010 Aug;51(2):205-11.
  14. Webb HK, Crawford RJ, Sawabe T, Ivanova EP. Poly(ethylene terephthalate) polymer surfaces as a substrate for bacterial attachment and biofilm formation. Microbes Environ. 2009;24(1):39-42.
  15. Zettler ER, Mincer TJ, Amaral-Zettler LA. Life in the “plastisphere": microbial communities on plastic marine debris. Environ Sci Technol. 2013 Jul 2;47(13):7137-46.
  16. 嚴格來說應該是 OTU (operational taxonomic unit),這裡直接稱為"種",以方便讀者理解.
  17. Law KL, Morét-Ferguson S, Maximenko NA, Proskurowski G, Peacock EE, Hafner J, Reddy CM. Plastic accumulation in the North Atlantic subtropical gyre. Science. 2010 Sep 3;329(5996):1185-8.

關於作者

陳俊堯

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。