一些科學家認為，我們對塑料的分布研究過度，而對其實際危害研究不足。塑料尺寸可能是一個切入點。
峇里島的塑料汙染 | 圖蟲創意
作者 | 於淼 西奈山伊坎醫學院 環境醫藥與公共衛生系
相信很多朋友都看過一個從海龜鼻孔中拔出塑料吸管的視頻，作為近四萬年來地球上的優勢物種，人類不僅僅通過開採從自然界攫取資源與能源，也通過有意無意之間的排放向自然界輸送了人造廢物。
在所有人造廢物中，塑料可能是最被熟知的一種。最近《自然·通訊》上發表了一篇文章，研究了水生動物體內攝取塑料的粒徑分布，發現動物能攝取的最大塑料尺寸與其自身體積比例大概20:1。
該研究提示我們，在估測塑料汙染造成的風險時，應該把尺寸也考慮在內。
尺寸與生物代謝率：神奇的四分之三定律
地球已被塑料包圍，是不容爭辯的事實。之前就有報導，在馬裡亞納海溝10000米深處發現塑膠袋和微塑料顆粒。太平洋上還有一座垃圾島，被稱為「第八塊大陸」，大量塑料和各類生活垃圾聚在一起，四處漂流。
在討論塑料對各種生物的具體影響之前，我們先回顧一個經典問題：尺寸與生命活動的關係。這有助於理解，我們為什麼要研究尺寸，而不是簡單說一句：生物體型越大，吃的塑料越大。
地球上的生物小如細菌，大如藍鯨，大都是由細胞結構堆砌而成，但如果我們將細胞生物與外環境作為一個系統來看，你會發現，單細胞生物與外界環境的接觸面積最大，而多細胞生物只有表面與外界接觸。
因此，如果單一細胞代謝率相同，就會出現一個很明顯的問題：多細胞生物比表面積小而代謝散熱不足。（註：比表面積，即表面的總面積和體積/質量之比）
如果維持與單細胞生物等同的整體代謝速率，那麼尺寸越大的生物，其單一細胞的代謝速率就一定不能太高，否則物理上其內部就是高溫反應爐，形成過程就會伴隨內爆。
事實上，過往研究也確實發現，體積越大的生物，相對代謝速率越慢，代謝率與體重的3/4次冪相關（克萊伯定律，Kleiber『s law）。
克萊伯定律：生物體型越大，代謝速率越慢 | 《規模》，傑弗裡·韋斯特
這是一個很神奇的事實。按照這個定律，物種A有物種B一萬倍的細胞數，但物種A的代謝速率卻只能是物種B的一千倍。所以，大型哺乳動物通常心率更慢，更長壽，發育速度也更慢。
但有意思的是，其實所有哺乳動物一生的心跳次數都是在十億次量級，且血壓也類似。也就是說，當你遇到讓你心跳加速的人，你的身體在以燃燒生命的方式提醒你珍惜當下。從能量供應角度看，心臟結構物理上能支持的心跳次數確實是類似的。
可以認為，「四分之三定律」是不同物種根據自身體積或代謝速率的不同發展出的不同的生存策略。其本質在於生物體內（以血管及氣管分布為基礎）的網式能量交換過程，即絕大多數生物體的物質能量循環系統都是通過體內空間的「分形填充」來最大化利用能量。
註：分形是一種「自我相似」的現象，即一個東西放大之後其局部和整體形態具有相似性（比如海岸線，雲朵，河流，人的血管、肺等），它在自然界無處不在。而分形填充，可以認為是一種特殊的「複製」行為，就像不停地往更小的尺度複製自己，以達到長度、表面積等在所處維度無限增加的效果。
當我們研究動物尺寸與其攝入物的關係，將有助於了解其對生命過程的影響。
被吃掉的塑料：不止是「吃進去」這麼簡單
回到本研究的內容，為了搞清楚塑料這種外源物質對生物的影響，尤其是第一步——被吃下去的風險，研究人員收集了兩千多種野生生物塑料攝取的數據，裡面包括75%的魚類，9%的哺乳動物，11%的無脊椎動物與5%的爬行動物。
在這些生物中，有91%是水生或兩棲的，從水下25米的大閘蟹到深處4000米的座頭鯨都有，可以說是一篇綜合性很強的論文。研究結果用一張圖就可以概括：
動物身長與最長攝取塑料關係圖 | ref1
其中，紅點表示無脊椎動物（如烏賊、螃蟹等），綠點表示哺乳動物（如鯨、海豹等），藍點表示魚類（如帶魚、石斑魚等），淡藍點表示爬行動物（如海龜等）。
可以看出，動物身長越長，能吃下去的最長塑料尺寸也越大。這也符合大眾常識。研究人員試圖從中找到一個冪指數關係（圖中黑線）來預測更多生物的情況，由於塑料並不好代謝，所以攝入多少基本就是多少，最終得出指數為0.934，接近1，也就是線性關係，而非符合克萊伯定律的3/4關係。
但該關係似乎僅適用於動物身長平均值附近的預測，而極值部分因為數據量不足，預測能力有限。這也提示該研究的結論是有局限性的。
不過，研究人員仍然在此基礎上，將全球海洋的浮遊動物密度與之結合，給出了一張全球塑料風險分布圖。簡單來說，就是用模型預測的可攝入塑料(0.33~1毫米)的密度除以全球海洋浮遊生物的密度（上圖），以及用總塑料密度除以全球海洋浮遊生物的密度（下圖）。
全球浮遊動物塑料暴露風險圖：上，可攝入塑料密度/浮遊生物密度；下，總塑料密度/浮遊生物密度 | ref1
由圖可見，在全球尺度上，中國東海與南海、孟加拉灣、黑海、地中海、馬尾藻海與北大西洋歐洲海岸線都屬於浮遊生物種群暴露塑料汙染的高風險地區，需要優先評價其生態影響。
總的來說，這是一篇很有意思的論文，屬於當下比較流行的數據驅動型研究。文中數據全部來自 web of science（一個專業論文網站） 及其他資料庫，共計20000多個數據，屬於薈萃（總結）分析而非實驗室研究。
伴隨著學術界對數據共享和重複使用的接納，這類文章會越來越多，我們也可以看到不同視角下的信息。
但有一些遺憾的是，這篇文章並未深入解釋形成這個關係的原因。囿於數據驅動型研究的本質，無法協調研究之間的差異，也就得不出更有深度的結論。比如，攝食系統尺寸與塑料的關係、不同塑料成分攝食後降解過程的動力學、攝入與環境中塑料分布有何關係等。
而這些都是目前欠缺的。我們很希望可以看到後續研究，幫助從生物代謝的層面去理解塑料汙染帶來的實際風險。
當前熱點：微塑料對環境的影響
不過，在環境科學領域，最近的研究熱點其實是微塑料。在這篇論文中也有涉及：如果把塑料最長的尺寸換成最短的尺寸，會發現，動物大小並不能充分解釋小尺寸塑料的攝入量。而這很可能是該論文的出發點，只是在研究中無意發現了最長尺寸與動物大小的相關性。
那麼話說回來，微塑料對環境造成的風險又如何呢？當然，這裡就不存在吃不吃得下去的問題了，而是吃多少，吃下去之後會怎樣的問題。
早在2017年，密西根大學的 Allen Burton 教授就在環境領域頂級期刊《 環境科學與工程》上發了篇評論，對微塑料研究潑冷水，認為當前微塑料研究太多側重環境中的分布而對風險研究不足，好比環境裡枯枝爛葉也很多，如果沒危害不應投入太大精力。而微塑料對生物的具體影響及風險評價，卻一直缺少研究。
一個有意思的現象是，媒體非常喜歡這類新聞，而政策制定者也受其影響，例如禁止掉可能產生微塑料的微珠行業，而其實微塑料的主要來源是多聚物纖維或碎片。而且 Allen Burton 教授認為，危害更大的可能不是微塑料，而是尺度更小的納塑料（nanoplastics/nanoparticles）。
微珠被禁用，對化妝品、服飾等行業造成了一定衝擊 | 圖蟲創意
這裡要注意的是，微塑料跟大氣細顆粒物類似，都是根據尺度界定的汙染物載體，有害的可能是顆粒物本身的粒徑效應，也可能是其上面負載或吸附的汙染物小分子。
在過去的三年裡，微塑料研究其實一直在進行。來自中國的研究組測試了海鹽、湖鹽和井鹽中的塑料纖維，發現海鹽裡微塑料明顯多於井鹽。這個視角比較獨特，直接跟食品掛鈎，不過依然缺少風險評價。
2018年的一份綜述則指出，聚乙烯塑料比其他種類微塑料更容易吸附汙染物。
更宏觀的調查則發現，世界範圍內只有7%的塑料被循環利用，而亞洲特別是中國基本沒有良好的管控，全球90%的海洋微塑料是來自於10條主要河流的輸入，其中8條來自亞洲，長江尤為嚴重。
而針對 Allen Burton 教授那篇認為塑料毒性缺乏證據的文章，德國科學家發文回應，雖然毒性數據欠缺，但也不能等著出了問題再亡羊補牢。合理的解決方法似乎只有一個：建模。
同時，作為一個前沿研究方向，剛開始各家對微塑料的分類標準都不統一。後來，對於塑料纖維所代表的一大類汙染物，終於有人坐不住出來統一划分了標準。這是一個問題研究走向成熟的表現。
伴隨研究的深入，海洋微塑料這個概念也進化了，去年（2019年）有人提出了一個環境地球化學循環的新概念：全球尺度的塑料循環，這意味著之前碳氮循環的研究範式有可能平移過來進行更系統的研究。
媒體對自來水中微塑料的報導，也使得公眾逐漸關注到這個領域。有研究發現，飲用瓶裝水中的微塑料暴露要遠高於自來水；然而自來水又存在消毒副產物暴露。說白了就是個兩害相權取其輕，或者用玻璃瓶？
瓶裝水中的微塑料暴露遠高於自來水 | 圖蟲創意
在風險研究方面，研究人員發現，加入了微塑料的土壤理化性質會發生改變，植物生長與根際生物也會受到影響，這提示除了對水生生態有影響外，陸生生態或農業也會產生影響。
總之，關於微塑料，科研工作者從揭示環境暴露水平到研究其危害，都進行了大量的工作，但不得不承認的是，確鑿的流行病學證據目前不充分，但邏輯層面微塑料作為一種汙染物載體的確存在風險。
而我相信海洋生物吃掉最多的應該也是微塑料。
（責編 高佩雯）
參考文獻
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