1微克铜=致命毒药？大堡礁长棘海星幼体正死于人类污染

摘要：一张维基百科上的照片：法属波利尼西亚鲁鲁土岛泻湖遭受长棘海星（Acanthaster planci）侵扰，这些海星以珊瑚为食，对当地珊瑚礁生态系统造成威胁。摄影：Rore bzh（CC BY-SA 3.0）

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

文 | 王海诗（Amphitrite Wong）

一张维基百科上的照片：法属波利尼西亚鲁鲁土岛泻湖遭受长棘海星（Acanthaster planci）侵扰，这些海星以珊瑚为食，对当地珊瑚礁生态系统造成威胁。摄影：Rore bzh（CC BY-SA 3.0）

本文约3700字，阅读约8分钟

近年来，对于热带海洋物种的生态毒理学研究相对滞后，尤其是在水质污染日益严重的背景下，这一知识空白愈发引人关注。长棘海星（Acanthaster spp.）是一种在生态系统中具有重要影响力的热带棘皮动物，其种群的异常扩张，曾被认为是对大堡礁珊瑚覆盖率下降的主要威胁之一。不过，最新研究却发现，它们从“威胁”变成“受害者”。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项由澳大利亚悉尼大学的Regina Balogh和Maria Byrne领衔的研究团队进行的生态毒理学研究成果，于2025年4月初发表在了《水生毒理学》（Aquatic Toxicology）期刊上，这项研究揭示出：这一物种的胚胎和幼体对常见金属污染物铜和锌具有极高的敏感性，其发育过程极易受到污染的干扰。

这项研究聚焦于铜（0.1–6 µg/L）和锌（2.5–45 µg/L）对长棘海星胚胎与幼体的毒性作用。实验结果表明，即使在大堡礁近岸海域已监测到的污染物浓度水平下，长棘海星的早期发育也会显著受阻。铜在24小时内即可导致胚胎100%死亡，而锌则在36小时内使其发育停止。在双桨幼体阶段，铜的24小时和48小时半致死浓度（LC50）分别为0.67和0.54µg/L，锌为52.36和27.01 µg/L；在臂突幼体阶段，铜的LC50分别为2.82和0.85µg/L，锌为28.89和22µg/L。此外，铜对幼体游泳能力的半数效应浓度（EC50）也极低，分别为0.35 µg/L（双桨幼体）和0.66 µg/L（臂突幼体），表明即便在亚致死浓度下，铜也可能影响其行为功能。尽管部分幼体在低剂量铜（0.1–0.2 µg/L）暴露后可恢复游泳能力，但这种恢复是有限的。相较而言，锌对双桨幼体的影响较小（EC50为28.89 µg/L），但对臂突幼体影响显著（EC50为7.18 µg/L）。

澳大利亚的大堡礁。©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

研究方法：铜锌对长棘海星幼体的毒性影响实验设计

为了研究铜和锌对长棘海星早期发育的影响，研究团队首先从大堡礁采集了成年长棘海星，并在实验室模拟其自然栖息地的温度（26°C）进行饲养。通过诱导产卵和体外受精，他们获得了用于实验的胚胎和幼虫。为了确保遗传多样性，每次受精都使用了来自不同雌性和雄性个体的配子，并且受精率达到了95%以上。胚胎在观察到卵裂后即用于实验，而幼虫则在26°C的水族箱中培养至特定的发育阶段（双腕幼虫和腕足幼虫），期间定期更换过滤海水并投喂特定的藻类。

实验中，研究人员将处于不同发育阶段的长棘海星（胚胎、双腕幼虫和腕足幼虫）暴露于一系列不同浓度的铜和锌溶液中。这些浓度范围涵盖了根据现有海洋水质指南设定的不同保护水平。实验在恒温条件下进行，每个浓度组和对照组都设置了多个重复，每个重复包含一定数量的个体。在设定的时间点，研究人员会记录胚胎的发育情况（与对照组相比的发育阶段）以及幼虫的存活率和游泳能力（区分能动和不能动的幼虫）。同时，实验期间的水质参数，如溶解氧、盐度和pH值，也进行了监测，以确保实验条件在长棘海星适宜的自然范围内。

接着，该研究团队对收集到的数据进行了统计分析。对于胚胎发育数据，他们使用了广义线性模型进行分析。对于存活率数据，他们同样使用了广义线性模型来计算不同金属的LC50值（导致50%个体死亡的浓度）以及不同保护水平下的浓度。对于幼虫游泳能力的数据，他们也使用广义线性模型计算了EC50值（导致50%幼虫游泳能力受损的浓度）。得到这些统计分析之后，研究人员得以量化铜和锌对长棘海星不同发育阶段的毒性效应，并将其与现有水质指南进行比较。

长棘海星（Acanthaster planci）长而尖锐的刺状突起。它通常生活在珊瑚礁环境中，分布于印度洋和太平洋的热带水域。长棘海星是一种食腐性动物，主要以珊瑚为食，通过分泌消化酶来分解珊瑚组织。上图是位于斐济Qamea岛附近的长棘海星（Acanthaster planci）。摄影：Matt Wright（CC BY-SA 2.5）

研究结果

科学家呼吁重新评估热带海域生态安全底线

这些实验数据清晰地指出，长棘海星的早期发育阶段对铜和锌的敏感性，远远高于以往在温带地区研究的其他棘皮动物。这一发现，揭示出该物种为何较少出现在污染较重的近岸珊瑚礁区域，也对现有水质管理政策提出了挑战。目前澳大利亚和新西兰的水质准则设定铜和锌的95%物种保护值，分别为1.3 µg/L和15 µg/L；而这两项指标，显然不足以保护包括长棘海星在内的热带海洋物种的正常发育。

大堡礁作为世界自然遗产，其生态系统的健康受到农业径流、城市污染、船舶防污涂层金属渗出等多种陆源和海源污染源的共同影响。铜和锌常作为防污涂料的金属成分，由船体长期释放，日渗出量可达0.8~3.2千克。这些金属在海水中累积，不仅威胁珊瑚和浮游生物，也对许多尚未被充分研究的热带无脊椎动物产生潜在风险。

在水质监测和保护政策的制定中，棘皮动物因其对污染物极为敏感，常被作为指示物种。但是，澳新地区的海洋水质准则主要基于温带成年物种的数据，缺乏对热带幼体阶段的实测数据，特别是在大堡礁这一高生物多样性地区几乎没有本地棘皮动物相关研究。这种数据缺口制约了区域水质管理与保护工作的科学性、针对性。

该研究指出，随着全球沿海开发持续推进，热带海域生态安全面临严峻挑战。制定更具地域适应性、涵盖更多物种发育阶段的环境质量标准，将是未来海洋生态保护工作中不可或缺的一环。而这项研究，填补了热带棘皮动物毒理学研究的重要空白，首次以长棘海星为模型，系统评估了铜和锌对其发育和行为的影响，为水质准则的修订提供了坚实的实证基础。考虑到许多热带无脊椎动物具有与长棘海星类似的浮游幼体阶段，其对污染物的敏感性可能也存在相似的脆弱性，故本研究成果对整个热带海洋生态系统的保护具有重要意义——为优化大堡礁的水质管理提供了新的依据，也为其他热带地区制定科学的生态环境管理策略提供了支持。

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感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看这篇研究的全文：

Regina Balogh, Maria Byrne, The sensitivity of embryos and larvae of the crown-of-thorns sea star to copper and zinc: with respect to conditions experienced on the Great Barrier Reef and water quality guidelines, Aquatic Toxicology, 2025, 107357, ISSN 0166-445X,

https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2025.107357.

海湿

生态毒理学

生态毒理学（Ecotoxicology）是研究有害物质对生物体及其生态系统的影响的科学。它关注的是污染物、化学物质、重金属、农药等对环境中各种生物的毒性效应，特别是对物种、种群和生态系统功能的长期影响。评估这些有害物质在不同环境中的浓度、传播和生物累积过程，能帮助揭示污染物对生态系统健康的威胁，并为环境保护、生态修复及公共政策制定提供科学依据。

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大堡礁

大堡礁（Great Barrier Reef）是世界上最大的珊瑚礁系统，位于澳大利亚东北海岸，延伸约2300公里。它由约2900个独立的珊瑚礁和900多个岛屿组成，覆盖面积超过344,000平方公里，是全球生物多样性最丰富的海洋生态系统之一。大堡礁不仅是珊瑚、鱼类、海龟和其他海洋生物的栖息地，也对全球气候和海洋生态平衡起着重要作用。由于其独特的生态价值，大堡礁被列为联合国教科文组织世界遗产，并受到全球保护。近年来，它也面临着气候变化、污染、过度捕捞等威胁，许多研究都在聚焦于保护这一世界自然遗产。

海湿

半致死浓度（LC50）、半数效应浓度（EC50）

半致死浓度（LC50）是指在一定时间内，暴露于某种化学物质或污染物的环境中，导致50%实验生物死亡所需的浓度。这个指标常用于生态毒理学研究，帮助评估不同物质对水生生物或其他动物的毒性强度。LC50值越低，表示该物质对生物的毒性越强。通常，这个测试可以在水中、土壤中或空气中进行，且影响因素包括暴露时间、物种差异以及环境条件。

半数效应浓度（EC50）是指能引起实验生物50%生理效应的物质浓度，这种效应可以是生长抑制、繁殖下降、行为变化等。EC50通常用于评估物质对生物体的影响程度，尤其是在非致命的情况下。与LC50不同，EC50不一定意味着死亡，而是指物质对生物体的其他生理或行为影响。两者都是评估环境中有毒物质潜在风险的工具。

思考题·拓展思维

Q1、如果铜和锌等常见重金属在当前“可接受”浓度范围内就已经对海洋无脊椎动物的早期发育产生显著毒性，那么我们现有的海洋水质标准是否存在“保护不足”的问题？是否应重新评估这些标准在生态保护中的科学合理性？

Q2、长棘海星作为珊瑚礁生态系统中的“问题物种”，其对重金属敏感性的研究，是否可能为其种群控制提供新的线索？我们是否可以将生态毒理学手段用于有目的的生物种群调控，而不产生更大的生态风险？

Q3、在气候变化和海洋酸化等全球性压力背景下，重金属污染是否可能与其他环境胁迫因素产生“协同效应”，加剧对海洋生物早期发育的干扰？我们是否已经低估了多重胁迫下海洋生物种群恢复力的脆弱性？

Q4, 在海洋生态系统中，长棘海星作为“有害物种”的角色，是否为我们提供了一个“可逆生态干预”的伦理困境？如何确保基于毒性影响的物种控制不会引发不可预测的生态连锁反应、进而破坏原本脆弱的生态平衡？未来的科学研究，如何才能更好地整合生态毒理学、恢复生态学和环境伦理学，来促进真正的“生态修复”、而非表面的“污染缓解”？