微塑料飙升！加拉帕戈斯企鹅食物链中积累量暴增

上图图源：Karly McMullen

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编读到一篇2024年1月19日由卡利·麦克马伦等人在PLOS ONE期刊上近日发表的研究，通过对加拉帕戈斯企鹅（亦称为加岛环企鹅，英文名：Galápagos penguin）及其食物链中微塑料的生物积累进行深入调查，揭示了微塑料在该群岛环境中迅速积累的严重情况。这项研究通过生态系统建模预测表明，加拉帕戈斯企鹅及其猎物体中的微塑料的含量迅速增加，其中企鹅显示出的微塑料含量最高。这一发现引发了对微塑料进入最偏远和受保护海洋区域的担忧，特别是对濒危物种的影响。

01【加岛环企鹅食物链中微塑料积累加速：加拉帕格斯群岛生态面临威胁】

微塑料（Microplastics）是指尺寸在1微米到小于5毫米之间的塑料颗粒。这些微小的颗粒是普遍存在的污染物，已经在全球海洋的各个部分被发现，并渗入海洋食物链。微塑料来源广泛，对海洋生态系统和食物网构成潜在威胁。

该研究发现，微塑料正以极高的速率在濒危的加拉帕戈斯企鹅的食物链中积累。来自不列颠哥伦比亚大学海洋与渔业研究所的科学家、以及来自加拉帕戈斯群岛及厄瓜多尔ESPOL理工学校的研究人员一起领导了此项研究，以濒危的加拉帕戈斯企鹅作为指标物种，追踪微塑料生物积累对该群岛隔绝环境的影响。

研究分析了人口密集的圣克鲁斯岛周围收集的海水，发现了塑料微粒。研究人员运用生态路径分析模型以及Ecopath和Ecosim（EwE）生态系统建模，通过Ecotracer方法追踪企鹅食物链中微塑料的生物积累潜力。研究还应用了波利瓦尔海峡生态系统的更广泛模型，该海峡位于加拉帕戈斯群岛西部，是企鹅栖息地的一部分。（海湿小编注：圣克鲁斯岛是加拉帕戈斯群岛中最大的岛屿，也是人口最多的岛，以其丰富的野生动植物、自然景观和科学研究站点而闻名。）

02【研究方法：微塑料在食物链中的生物富集研究】

这项研究通过生态系统建模方法进行。研究采用了Ecopath with Ecosim（EwE）工具，这是一种用于了解生态系统中物种相互作用、对环境变化的响应以及人类活动可能对生态系统产生的影响的营养动力学生态系统建模工具。

在研究中，科学家们构建了两个模型，一个是基于企鹅食物的新颖简化模型，另一个是基于Ruiz和Wolff模型的Bolivar Channel Ecosystem（BCE）模型。前者专注于企鹅食物链，而后者涵盖了更广泛的生态系统组成。

首先，研究人员通过分析企鹅的食物，如梭鱼、沙丁鱼等，构建了企鹅食物链模型。该模型考虑了物种的寿命、摄食率、产出生物量等参数，并通过EwE模型的手动调整以确保生物链平衡。然后，BCE模型模拟了加拉帕戈斯群岛Isabela和Fernandina岛之间的高产、上升流区域，包括30个功能群。这个模型的目的是提供更全面的生态系统视图。随后，研究人员又利用EwE Ecotracer例行模拟了微塑料在食物链中的生物富集过程。这个模块通过Ecosim进行时间模拟（考虑到微塑料的生物富集和生物放大过程，Ecotracer模块运行了100年的模拟），预测微塑料在食物网中的浓度随时间的变化。

为了更真实地反映微塑料的生物富集过程，研究人员从实地观测数据、实验室研究和已有的建模工作中收集了微塑料浓度、摄取率、排除率等参数。考虑到模型目的，仅考虑了来自浮游动物的微塑料摄入，其他途径的暴露被认为是可以忽略的。

03【研究结果】

最终，这项研究通过全面的生态系统建模，深入了解了微塑料在加拉帕戈斯企鹅食物链中的传播和富集过程。

模型预测显示，微塑料在企鹅的猎物生物体内迅速积累和污染，导致加拉帕戈斯企鹅显示出每单位生物量微塑料含量最高，其次是梭鱼、鳀鱼、沙丁鱼、鲱鱼、短吻小丑鱼和捕食性浮游动物。

该研究的第一作者、不列颠哥伦比亚大学海洋与渔业研究所最近的硕士研究生卡利·麦克马伦表示：“模型预测突显了微塑料在胃部中的积累行为和滞留时间。”她补充说：“随着微塑料作为一种突出的海洋污染物进入环境，每天都在进入，人们越来越担心海洋动物和沿海野生动植物，特别是这种人为威胁是否已经影响到加拉帕戈斯群岛等最偏远和受保护区域。”

研究的资深作者、不列颠哥伦比亚大学海洋与渔业研究所海洋污染研究单位的荣誉研究助理和首席研究员胡安·何塞·阿拉瓦博士表示：“这项食物链生物积累建模工作的目标是提供科学和数据支持危险塑料废物的风险管理，减少海洋中的微塑料排放，保护加拉帕戈斯群岛等远离海岸的联合国教科文组织遗产地的海洋政策，以保护濒危的加拉帕戈斯群岛特有海鸟物种。”

阿拉瓦博士强调：“我们迫切需要优先努力，减少微塑料进入脆弱生态系统和食物链的可能性，特别是像濒危的加拉帕戈斯企鹅所在的地方。”

该研究为科学家、决策者和环境保护机构提供了关键数据，支持采取措施管理危险的塑料废物，减少海洋中的微塑料排放，并制定保护措施以维护加拉帕戈斯群岛的生态平衡，特别是保护濒危的加拉帕戈斯企鹅及其栖息地。

04【海湿小百科】

加拉帕戈斯群岛位于太平洋东部，距离厄瓜多尔西海岸约1000公里。这个群岛由13个主要的火山岛屿和数十个较小的岛屿组成，分布在赤道附近。加拉帕戈斯群岛因其独特的生态系统和物种而闻名，是查尔斯·达尔文进行生物学研究的地方，也是世界自然遗产地。

加拉帕戈斯群岛在地球上的位置。图片来源：谷歌地球

查尔斯·达尔文（Charles Darwin）曾经于1835年乘坐“小独角兽”号船抵达加拉帕戈斯群岛，他在这个群岛的观察和研究成为了他进化论理论的奠基之一。通过对群岛上独特物种，特别是鸟类和龟类的观察，达尔文提出了物种演化的理论，将加拉帕戈斯群岛确立为进化论诞生之地、生物学的圣地。这段经历对科学史和生物学的发展具有深远影响。所以，这个群岛在生态学上的意义深远，被誉为是“生物进化活博物馆”、进化论诞生之地。

加拉帕戈斯企鹅（Galápagos penguin）是一种生存在加拉帕戈斯群岛的独特企鹅，是世界上唯一在北半球出没的企鹅。它们是全球最小的企鹅之一，通常身长仅30~49厘米，重量约2~2.5公斤。加拉帕戈斯企鹅已经适应了热带和亚热带气候，是少数适应温暖环境的企鹅之一。作为特有的物种，它们面临栖息地破坏、气候变化和人类活动带来的威胁，被世界自然保护联盟濒危物种红色名录列为了“濒危物种”。

加拉帕戈斯企鹅被评为“濒危”物种（EN）。来源世界自然保护联盟濒危物种红色名录官网

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编查阅了IUCN濒危物种红色名录评估的情况、及其依据，发现是这样描述的：作为一种珍稀的企鹅，加拉帕戈斯企鹅虽然种群较小，但确切数量未知。在20世纪70年代初期可能高达1万只，但在1983年可能降至了700只。到2009年，估计种群在1800~4700只之间。气候现象如厄尔尼诺在1971-1972、1982-1983和1997-1998年导致了这种企鹅数量减半。2007年的统计显示，加拉帕戈斯企鹅数量为1970年的一半。种群在1970年~2004年间减少60%，若此趋势延续，过去31.2年已减少57%。未来气候变化可能导致下一代企鹅减少80%以上，甚至在未来100年内灭绝的风险。根据当前气候情景，预计在未来100年内有30%的概率灭绝。无疑，加拉帕戈斯企鹅面临的严峻的未来生存挑战。

数据显示，加拉帕戈斯企鹅的成熟繁殖个体估计为1200只，呈下降趋势。来源：IUCN濒危物种红色名录官网

上面这篇研究选择了以加拉帕戈斯企鹅为指标物种，或许有几个重要原因。一是加拉帕戈斯企鹅是一个濒临灭绝的物种，对外部环境变化非常敏感。二是作为特有的岛屿物种，加拉帕戈斯企鹅生活在相对封闭的生态系统中，更容易受到外源性污染的影响。另外很重要的一点是，由于企鹅属于食物链的高层级，通过研究其身体中的微塑料含量，可以更全面地了解微塑料在该地区食物网中的传递和蓄积情况。因此，通过监测加拉帕戈斯企鹅的微塑料暴露，可以为该地区整体生态系统的健康状况提供重要线索。

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整理 | 王芊佳

排版 | Moretti

本文参考资料

1. Karly McMullen, Félix Hernán Vargas, Paola Calle, Omar Alavarado-Cadena, Evgeny A. Pakhomov, Juan José Alava. Modelling microplastic bioaccumulation and biomagnification potential in the Galápagos penguin ecosystem using Ecopath and Ecosim (EwE) with Ecotracer. PLOS ONE, 2024; 19 (1): e0296788 DOI: 10.1371/journal.pone.0296788

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0296788

2. https://oceans.ubc.ca/2024/01/24/microplastics-may-be-accumulating-at-a-high-rate-in-endangered-galapagos-penguins-food-web/

3. Galapagos Penguin Spheniscus mendiculus has most recently been assessed for The IUCN Red List of Threatened Species in 2018. Spheniscus mendiculus is listed as Endangered under criteria A2bde; B2ab(iii,v)c(iv); C2a(ii)b.

https://www.iucnredlist.org/species/22697825/182729677