塑料污染在海洋中形成了一类新的人为微生物栖息地，被称为「塑料圈」。相比细菌与真菌，古菌这一生命第三域在塑料圈中的面貌长期缺少系统认识。一项研究以香港与青岛沿海为对象，将漂浮塑料与邻近表层水成对采集，通过扩增子测序与宏基因组分析，首次系统刻画了海洋塑料圈的古菌群落，揭示塑料表面正在重塑古菌的多样性与生态功能。
研究背景
塑料具有持久、疏水、可漂浮以及聚合物种类多样等特性，进入海洋后其表面会迅速被微生物定殖，形成一个以塑料为中心的独特生态系统。以往研究已发现塑料圈会选择性富集特定的细菌、真菌与藻类群落，甚至富集病原菌与降解有机物的微生物，但对古菌的关注十分有限。古菌在海洋氮、硫、甲烷等元素循环中扮演关键角色，其在塑料圈中是否也发生类似的群落重塑，关系到塑料污染对海洋生物地球化学过程的影响。要回答这一问题，需要在同一海域同时采集塑料与水体样品进行对照比较，并覆盖不同的污染梯度与生境类型，才能得到可推广的规律。
研究过程
采样于2021年8月和2022年2月进行，覆盖中国香港与青岛两地的沿海海域，分别代表亚热带与温带环境，并横跨干湿两个季节。采样生境类型多样，包括海滩、城市河口、海水养殖区、港口、海洋保护区以及污水处理厂排放口附近，构成从相对清洁到高度污染的完整梯度。
图1. 德国HYDRO-BIOS公司 Manta微塑料拖网
漂浮塑料的采集使用德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网，其网目为333微米。网具由船后拖曳，每次拖曳约30分钟，随后用灭菌镊子从网底收集所有可见塑料碎屑。每个站位在采集塑料的同时，同步采集一份邻近表层水样作为对照。样品在采集后立即置于冰上，当天运回实验室并于4℃保存至处理。
研究共获得94份塑料碎屑样品与对应的94份水样。经筛选剔除配对不完整的样品后，最终用于古菌分析的有88对（共176份样品），用于细菌分析的有92对，真菌分析的有51对。研究对样品开展古菌扩增子测序以刻画群落组成，并结合宏基因组测序解析功能潜力，同时测定水体中的溶解有机碳与抗生素等污染指标，以考察污染梯度的影响。
实验结果
1. 塑料圈古菌多样性更高。 塑料圈与周围水体的古菌群落结构存在显著差异。塑料圈中古菌的分类学α多样性（辛普森指数）显著高于水体，这一模式与细菌中观察到的一致；塑料圈的β多样性也更高，说明不同塑料「岛屿」之间的群落组成差异更大。
图2. 塑料圈与水体的古菌群落差异（论文 Fig. 1）
2. 优势门类发生选择性变化。 塑料圈中的优势古菌门为奇古菌门、广古菌门、Woesearchaeota、Pacearchaeota与泉古菌门，它们合计占古菌序列的97%以上。其中广古菌门与泉古菌门在塑料圈中显著富集，而奇古菌门、Woesearchaeota与Pacearchaeota则相对减少。在更细的分类层级上，发生显著变化的多数类群在塑料圈中的丰度低于水体。
图3. 塑料圈古菌的功能潜力变化（论文 Fig. 2）
3. 甲烷、氮、硫循环相关基因富集。 宏基因组分析显示，参与甲烷、氮与硫循环的古菌基因在塑料圈中富集，表明塑料表面可能成为这些元素转化过程活跃的微环境。
4. 古菌群落组装以随机过程为主导。 通过随机性比率分析，研究发现古菌群落的组装远比细菌与真菌更受随机过程支配：群落组成主要由漂变与扩散限制等偶然因素决定，而细菌与真菌则更多地受环境筛选与生物相互作用塑造。这一差异可能源于古菌更宽的生理耐受范围与塑料表面微生境的高度异质性。
图4. 塑料圈中古菌、细菌与真菌的组装机制对比（论文 Fig. 3）
5. 污染越重，分化越大。 研究还发现，塑料圈与水体之间在古菌α多样性、广古菌门相对丰度以及甲烷、氮、磷循环通路丰度上的差异，随水体中溶解有机碳与多种抗生素浓度的升高而增大。线性回归显示，污染越重的水域，两类群落在分类与功能上的分化越明显。
图5. 环境因子对古菌群落结构与功能的驱动（论文 Fig. 4）
研究结论
该研究以中国近海成对的塑料与水体样品，系统刻画了塑料圈的古菌群落，证明塑料正在重塑海洋古菌的多样性与生态功能：塑料圈古菌多样性更高、群落组成更异质，广古菌门与泉古菌门选择性富集，甲烷、氮、硫循环基因增多，且群落的组装更受随机过程支配。研究者据此指出，塑料污染可能改变海洋古菌的多样性与生物地球化学功能，在污染较重的水域尤其值得关注。
在这项覆盖两地、两季、多种生境的调查中，漂浮塑料样品的代表性与可比性是结论可靠的前提。德国HYDRO-BIOS公司的Manta表层拖网在本研究中承担了全部漂浮塑料的采集，其贴近水面拖曳的网口设计与333微米的网目，能够在统一的拖曳时长与航速下稳定富集海表塑料，使不同海域、不同季节、不同生境的样品在一致方法下比较，为跨区域的塑料圈研究提供了可靠基础。Manta表层拖网是海表微塑料与漂浮生物调查的常用网具。
参考文献
Li C., Wang Y., Zhou A. S. K., Pan X., Zhu Y., Zhang X., Chen T., Xiong A., Ho Y.-W., Liu J., Zhou Z., Wang J., Adyel T. M., Fang J. K.-H., Bank M. S., Rillig M. C., Jin L. Unraveling the coastal marine plastisphere archaeome. Nature Communications 17: 9780 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76782-z
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