防治海洋其他污染研究的新成果
（一）研究海洋汞污染防治的新信息
1．探索海洋汞污染带来危害的新进展
揭示海洋汞污染物对中华鲎幼体的毒性机制。[32]2023年12月，中国水产科学研究院南海水产研究所中华鲎保护研究团队，在《环境毒理学和药理学》发表研究成果称，他们在环境重金属汞污染物对中华鲎幼体的毒性机制研究取得新进展，为开展濒危物种中华鲎的海洋环境风险评估提供了科学依据。
汞是一种以多种形式、广泛而持久地污染水体的重金属，具有高毒性、非生物降解性和生物富集性，被联合国环境规划署列为对全球范围产生影响的化学物质，已成为全球广泛关注的环境污染物之一。
该研究团队应用转录组学和代谢组学相结合的技术，研究揭示了汞暴露对中华鲎幼体的环境毒理和药理学作用机制。结果发现，汞暴露引起幼鲎体内细胞毒性，机体通过上调多泛素A和组织蛋白酶B基因表达以促进蛋白质降解。
此外，汞暴露引起幼鲎心血管系统毒性，相关标志物发生显著变化，包括心房钠尿肽、血管紧张素转换酶和神经肽受体。汞暴露触发脂质代谢紊乱，导致炎性脂质溶血磷脂酰胆碱、白三烯D4和前列腺素E2异常增加。细胞色素通路的重要基因被激活，产生抗炎物质重建体内稳态，为评估汞毒性提供了敏感的指标。汞暴露引起精氨酸生成受阻，可能通过破坏mTOR信号通路而影响幼鲎生长发育。代谢物S-腺苷甲硫氨酸和精胺增加，提示胞内甲基供体失衡，可能与汞的甲基化有关。
这项研究结果，进一步深入揭示，汞影响鲎幼体代谢稳态的毒理和药理学作用机制，未来在中华鲎的具体保护措施方面，不应忽视海洋环境污染。
2．揭示导致海洋汞含量增加的主要来源
⑴研究表明人类活动导致海洋汞含量大幅提升。[33]2014年8月，美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所科学家卡尔·兰博格主持的一个研究团队，在《自然》杂志上发表的一篇地球科学论文显示，受人类活动影响，部分地区海洋中汞水平已经上升到原先的三倍多，且大约有三分之二的汞都位于1000米或者更浅的海域。
这项新研究基于观测，对人类活动给全球海洋带来的汞含量进行了预测，有助于了解无机汞转换为有毒甲基汞这一人类目前还知之甚少的过程，进而揭开汞甲基化的神密面纱。
汞是一种有害的痕量金属，会在水生生物中累积。不过，从陆地或者空气进入海洋的水银，尽管大多数是以汞元素的形式存在，对于海洋生命的威胁却很小，因为海洋生命能够轻而易举地摆脱这些汞元素。但当采矿和燃烧矿物燃料等活动向环境的排放量越来越多时，尤其是汞转化为甲基汞后，甲基汞在海洋环境中的寿命更长，在生物圈的食物链中不断地传递和积累，对海洋生物和人类健康就会造成威胁。
不过，关于汞是怎样被转化为甲基汞的，其过程目前被推断为可能是一种生化过程，也就是汞与生物相互作用的结果。除此之外，人类关于这方面的认知仍然是零。
兰博格研究团队在最近数次考察大西洋、太平洋、南大洋时，进行了汞含量测量。他们的研究结果发现，人类活动对于全球汞循环的干扰，让跃层水中汞含量增加了150%，也让表层水中的汞含量变成了原先的三倍还不止。而大约有三分之二的汞，都位于1000米或者更浅的海域。
此前曾有报告显示，全球海产品中的汞污染物含量及其中的甲基汞，对人体健康的危害被低估。而在几年前，还被认为是安全线内的汞污染物含量标准，如今已不再安全。研究人员表示，对人类活动导致进入海洋的汞含量进行预测，是项不确定而且主要基于模型的研究。但这些信息可以加深我们对于无机汞转换为有毒的甲基汞，从而渗入海洋食物链中这一过程和程度的了解。
⑵揭示北冰洋海水中汞含量增加的主要来源。[34]2017年7月11日，有关媒体报道，北冰洋海水中出现了大规模汞污染，但是人们却不能肯定污染的来源。美国马萨诸塞大学科学家丹尼尔·奥布里斯特领导的研究团队，当天在《自然》杂志发表的一项环境研究称，科学家最新收集了实地测量数据，包括汞沉积和稳定同位素数据，终于确定了气态元素汞系该生态系统内汞的主要来源。
汞这种特殊的金属在常温下即可蒸发，也是唯一的一种以气态单质形态，存在于大气中并参与全球循环的重金属元素。2012年，美国国家航空航天局曾在阿拉斯加州附近海域发现海面冰层破裂，并检测得知海水中的汞元素含量增加。联合国环境规划署《2013年全球汞评估报告》中也称，北极的汞含量目前正在急剧上升。
一直以来，科学家们知道是人为活动导致了大规模汞污染，但具体是怎样的机制造成人迹罕至之地出现这种污染，却无法最终肯定。有研究认为，海盐诱导的汞化学循环和降水作用造成的汞湿沉积，是北极氧化形态汞的主要来源，但是它们的相对重要性一直被质疑。
此次，该研究团队收集了北极冻原两年时间里的实地测量数据，以确定该生态系统内汞的主要来源。研究人员发现，可以在大气中长距离移动并在全球范围分布的气态元素汞，正是北极冻原生态系统内汞的主要形式，占总量的71%。汞沉积全年都会发生，但是在夏季因为植被吸收原因而有所增加。
在论文随附的新闻与观点文章中，加拿大阿尔伯塔大学科学家威廉姆·肖迪克认为，美国研究团队的这项发现表明，北极冻原是大气汞的一个重要存储地，冻原土壤汞含量高，或许也能解释为什么每年北极河流会将大量的汞输运至北冰洋。
⑶发现北冰洋边缘冰区是大气汞的重要来源。[35]2023年8月，中国科学技术大学环境科学与工程系谢周清教授、乐凡阁博士与国内外学者联合组成的研究团队，在《自然·通讯》发表研究成果称，他们通过国际北极气候研究多学科漂流观测计划，开展汞的生物地球化学循环研究，发现边缘冰区是大气汞的重要来源，提出夏季北极大气汞峰值现象的产生机制。
汞是一种剧毒液态金属，可以随大气环流进行长距离传输。由大气传输及沉降等途径进入水体的汞经微生物甲基化后，会进入水生食物链，通过富集、放大作用危害水体生态环境，使得汞污染防治不仅成为环境领域的研究热点，也是全球环境治理的重大需求。此前国外研究发现，北极地区大气气态单质汞，具有春季浓度亏损、夏季浓度呈现峰值的独特季节变化现象，其夏季平均浓度水平超过北半球背景浓度。但驱动夏季大气气态单质汞浓度峰值的汞来源及机制目前仍然存在争议。
研究团队在国际北极气候研究多学科漂流观测计划期间，对北冰洋海域开展了为期一年的大气汞在线观测，并构建广义相加模型对夏季的观测数据做出重点分析。结果表明，超过63%的大气气态单质汞变化可以用模型解释。其中，人为及陆源排放的贡献不超过2%。海洋排放的贡献超过52%，是影响北冰洋夏季大气气态单质汞变化的主导因素。潜在源区贡献分析发现夏季汞的海洋排放主要发生在边缘冰区。根据估算，该区域汞排放通量达到每天每平方米56纳克，是开阔水域的2倍多。
研究人员进一步预测了，未来边缘冰区汞排放在北极快速变化背景下的变化情景：更多的多年海冰将会被更富含卤素的一年海冰所取代，继而促进活性卤素的生成及更多大气汞的氧化沉降，增加边缘冰区的汞输入；海冰进一步消融促进该区域海表光照以及初级生产力的提升，继而提高还原二价汞能力，释放更多的大气汞。
这项研究揭示了北冰洋海冰变化对汞循环过程的影响，为模式模拟提供新的约束条件，为正确评估极地生物和人群的汞暴露风险提供科学依据。
3．研究清除海洋汞污染的新方法
培育出可清除海洋汞污染的细菌。[36]2011年8月，美国波多黎各泛美大学，学者奥斯卡·鲁伊斯领导的一个研究小组，在英国《BMC生物科技》杂志上报告说，他们培育出一种转基因细菌，不仅可在含高浓度汞的环境中存活，还能清除汞，有助于减少海洋汞污染。
研究人员说，他们用转基因手段对一些细菌进行改造，使其含有能生成金属硫化物和多磷酸盐激酶的基因。实验显示，这种细菌能抵抗高浓度汞，即使汞浓度达到致死普通细菌的24倍，它仍能存活。
此外，这种细菌还能吸收环境中的汞，将其转移到自己内部。实验显示，在高浓度汞溶液中，它可以在5天内从溶液中清除80％的汞。
鲁伊斯说，这些转基因细菌，不仅可用于清除海洋环境中的汞污染，而且在细菌内部逐渐聚集大量汞之后，还可以设法回收这些汞，供工业生产循环使用。
（二）研究海洋核污染防治的新信息
1．调研海洋核污染现象的新发现
⑴发现万米水深动物体内存在人为核爆信号。[37]2019年5月7日，中国科学院广州地球化学研究所、中国科学院海洋研究所、中国科学院深海科学与工程研究所以及上海海洋大学等多家单位联合组成的一个研究团队，在《地球物理研究通讯》网络版发表论文称，他们利用碳-14同位素来示踪钩虾物质来源，首次在11000米水深的钩虾体内发现核爆碳-14信号。
该研究团队对来自西太平洋3个不同深度海沟的钩虾有机组分，进行碳-14示踪研究，发现包括世界最深处马里亚纳海沟的钩虾在内，体内都具有显著的核爆碳-14信号，这表明钩虾几乎完全依赖于表层物质的供给。由于海沟区表层生产力普遍低下，且随着深度增加，最终能够到达底部的物质十分有限，按常理难以支撑底部的生物量。钩虾完全依赖表层物质来源，表明其新陈代谢率极低，物质消耗速率慢，且自身物质可能被生物循环再利用。
除了示踪外，碳-14也是一个好的定年手段。研究人员对照表层海水核爆碳-14曲线，发现钩虾样品中最大的体长9厘米，生长时间在10年以上。一般来说，生物的肌肉组织不是最理想的定年材料，但海沟钩虾肌肉组织的碳-14含量与其体长有很强的相关性，表明钩虾肌肉组织的更新周期较长，所以可以指示生物的生长时间。通常浅海钩虾最大体长1～2厘米，寿命为1～2年，而已知的海沟钩虾体长可达34厘米，其年龄将比浅海钩虾高一个数量级。
据介绍，该研究是对世界最深海洋宏生物中碳-14含量的首次报道，解释了海洋的最深处并非预期的那样“遥不可及”，各种人为污染物，如放射性物质、持久有机污染物和微塑料等，可以快速侵入海洋最深处，影响海沟的生态安全。
⑵发现福岛核事故放射性物质已扩散入北冰洋。[38]2020年12月14日，日本共同社报道，日本海洋研究开发机构主任研究员熊本雄一郎领导的研究小组，最新研究发现，2011年福岛核事故泄漏的放射性物质已经扩散进入北冰洋。
熊本雄一郎说，2011年福岛核事故泄漏的放射性物质铯134，在事故发生约8年后扩散到了北冰洋。这是首次在北冰洋检测出福岛核事故放射性物质。虽然检测到的水平只是微量，但他推测放射性物质正向北冰洋中心区域扩散。他还推测，放射性物质铯137同样扩散到了北冰洋。
2020年11月上旬，日本筑波大学客座教授青山道夫发布了一份类似研究成果。他发现，2011年福岛核事故中泄漏的放射性物质铯137抵达美国西海岸后，部分北上，并随洋流回到日本东北部沿海。他说，2017年在太平洋最北部的白令海和北冰洋边缘海楚科奇海都检测出福岛核事故泄漏的铯137。
2．探索海洋核污染监测方式的新进展
⑴研制出海洋水体放射性核素快速监测仪。[39]2016年4月21日，新华社报道，国家海洋局第一海洋研究所研究人员研发的水体放射性快速监测仪，日前在首个航次中应用成功，将成为日本福岛核电站事故对黄海影响等水体放射性核素监测的重要设备。
该水体放射性快速监测仪近日搭乘“中国海警1115”船，参与了国家海洋局北海环境监测中心承担的2016黄海海域放射性监测春季航次任务，执行了10天走航监测，顺利完成了对黄海海域表层海水放射性铯的监测。
国家海洋局第一海洋研究所副研究员石红旗介绍，新研发的水体放射性快速监测仪在这个航次中运行连续稳定可靠，全航次获得了22个样芯，每个样芯都富集了800升海水中的放射性铯元素。样芯经高纯锗伽玛谱仪直接测量，即可获得海水中放射性铯比活度，再结合位置信息，就可以描述黄海调查区域放射性铯分布状况，反映日本福岛核电站事故对黄海海域的影响状况。
专家表示，随着我国沿海核电站发展，以及可能的跨国界放射性污染，水体放射性快速监测仪将成为海洋调查工作的必备装备。
水体放射性快速监测仪实现了流速监控调节、酸度自动控制、压力监测调控、漏水停机保护、运行数据记录、停机记录、运行状态显示和故障提示等，操作维护方便，一人即可完成整个航次的监测任务，极大地提高了工作效率，降低了劳动强度。
石红旗说，监测仪安装在调查船实验室内，水泵将海水抽上来，样芯富集放射性核素后即将海水排回大海。此前，从海水中富集放射性核素非常困难，因为海水中放射性核素水平极低，需要用塑料桶采集大量海水样品，否则根本富集不到放射性核素。这些海水样品的采集、储存和搬运都需要人力，后续分析工作也只能在调查结束后，将海水样品运回陆上实验室进行。
⑵发现海龟壳可用来监测核活动产生的污染。[40]2023年8月22日，美国太平洋西北国家实验室赛勒·康拉德领导的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们研究发现，当暴露于核武器试验的沉降物或废物释放时，爬行动物会在它们的壳鳞片中积累放射性铀同位素。这一发现，可能有助于长期监测放射性核素，也就是自然界中元素的放射性变化。
核活动产生的放射性核素已经广泛传播，并在生态系统中停留了很长时间。据估计，仅在美国，就有多达8000万立方米的土壤和47亿立方米的水，受到过核活动的污染。
康拉德认为，对生物体中放射性核素的积累进行测试是一项挑战。比如，树木的年轮是顺序产生的，可以携带放射性核素。但这些元素可以在年轮之间的木材中扩散，因此能产生不可靠的时间记录。
生长在海龟和陆龟壳上坚硬的鳞片，可能是一个更有希望的选择。它们也是分层生长的，但一旦指甲状的鳞状物质沉积下来并与其他身体组织分离，就会被有效地标记为时间。
研究人员从四个博物馆的标本龟中取样，每只龟来自不同的物种，在不同的地点曾暴露于核材料。它们包括马绍尔群岛的一只绿海龟和内华达州的一只莫哈韦沙漠龟。这两个地点都在20世纪中期进行了核武器试验。另外两只海龟，来自核废料污染周边地区的燃料处理场。研究人员还观察了一只来自与核活动无关地区的沙漠龟。
对微小鳞片的化学分析表明，这四只来自历史核遗址龟的壳中，含有少量但含量较高的铀放射性核素。1955年至1962年，生活在美国橡树岭国家实验室附近的一只东部箱龟，在其鳞片生长环上记录了铀的特征，这与现场空气废物释放的时间相吻合。研究人员认为，这些零散的铀编年史，可用来重建生态系统的核污染历史。
（三）研究海洋有机物污染防治的新信息
——发现地球上最深海沟存在持久性有机污染物[41] 2017年2月12日，英国阿伯丁大学科学家艾伦·贾米森及其同事组成的一个研究团队，在《自然·生态与演化》杂志网络版发表论文称，他们在地球上迄今最深的海沟中，发现了极为严重的有机物污染现象。
地球目前最深海沟之一是马里亚纳海沟，其地处北太平洋西部海床，据估计已形成6000万年，海沟最深处在斐查兹海渊，为11095米，也是整个地球的最深点；而另一条深海沟，即克马德克海沟位于南太平洋，最深处为10047米。这类深海区域，尤其是人类无法涉足的海沟深处，一直被认为是无污染的地方。
然而，这一次，该研究团队发现，生活在海平面以下10000米的端足目甲壳动物，所含的污染物水平，与骏河湾十分接近。而骏河湾，正是西北太平洋污染最严重的工业区之一。
研究人员使用了能深入马里亚纳海沟和克马德克海沟的深海探测器，以取回生活在海沟最深处的生物样本。结果表明，在这些端足类动物的脂肪组织中，发现了极高水平的持久性有机污染物，包括常用作电介液的多氯联苯，以及常用作阻燃剂的多溴二苯醚。
研究团队经过分析认为，这些污染物很有可能是通过受污染并掉落海底的塑料碎片进入海沟的，然后被端足目动物所食。研究人员指出，在远离工业区、彼此间隔近7000千米，且超过10千米深的海沟中，发现了如此之高的有机物污染水平，表明人类活动产生的污染已能到达地球的最偏远角落。
