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「动物」科普丨被水生生物吃掉的塑料，给环境研究带来新视角


一些科学家认为 ， 我们对塑料的分布研究过度 ， 而对其实际危害研究不足 。 塑料尺寸可能是一个切入点 。
「动物」科普丨被水生生物吃掉的塑料，给环境研究带来新视角
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巴厘岛的塑料污染 | 图虫创意
相信很多朋友都看过一个从海龟鼻孔中拔出塑料吸管的视频 ， 作为近四万年来地球上的优势物种 ， 人类不仅仅通过开采从自然界攫取资源与能源 ， 也通过有意无意之间的排放向自然界输送了人造废物 。
在所有人造废物中 ， 塑料可能是最被熟知的一种 。 最近《自然·通讯》上发表了一篇文章 ， 研究了水生动物体内摄取塑料的粒径分布 ， 发现动物能摄取的最大塑料尺寸与其自身体积比例大概20:1 。
该研究提示我们 ， 在估测塑料污染造成的风险时 ， 应该把尺寸也考虑在内 。
尺寸与生物代谢率：神奇的四分之三定律
地球已被塑料包围 ， 是不容争辩的事实 。 之前就有报道 ， 在马里亚纳海沟10000米深处发现塑料袋和微塑料颗粒 。 太平洋上还有一片垃圾岛 ， 被一些媒体称为“第八块大陆” ， 大量塑料和各类生活垃圾聚在一起 ， 四处漂流 。
在讨论塑料对各种生物的具体影响之前 ， 我们先回顾一个经典问题：尺寸与生命活动的关系 。 这有助于理解 ， 我们为什么要研究尺寸 ， 而不是简单说一句：生物体型越大 ， 吃的塑料越大 。
地球上的生物小如细菌 ， 大如蓝鲸 ， 大都是由细胞结构堆砌而成 ， 但如果我们将细胞生物与外环境作为一个系统来看 ， 你会发现 ， 单细胞生物与外界环境的接触面积最大 ， 而多细胞生物只有表面与外界接触 。
因此 ， 如果单一细胞代谢率相同 ， 就会出现一个很明显的问题：多细胞生物比表面积小而代谢散热不足 。 （注：比表面积 ， 即表面的总面积和体积/质量之比）
如果维持与单细胞生物等同的整体代谢速率 ， 那么尺寸越大的生物 ， 其单一细胞的代谢速率就一定不能太高 ， 否则物理上其内部就是高温反应炉 ， 形成过程就会伴随内爆 。
事实上 ， 过往研究也确实发现 ， 体积越大的生物 ， 相对代谢速率越慢 ， 代谢率与体重的3/4次幂相关（克莱伯定律 ， Kleiber‘s law） 。
「动物」科普丨被水生生物吃掉的塑料，给环境研究带来新视角
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【「动物」科普丨被水生生物吃掉的塑料，给环境研究带来新视角】克莱伯定律：生物体型越大 ， 代谢速率越慢 | 《规模》 ， 杰弗里·韦斯特
这是一个很神奇的事实 。 按照这个定律 ， 物种A有物种B一万倍的细胞数 ， 但物种A的代谢速率却只能是物种B的一千倍 。 所以 ， 大型哺乳动物通常心率更慢 ， 更长寿 ， 发育速度也更慢 。
但有意思的是 ， 其实所有哺乳动物一生的心跳次数都是在十亿次量级 ， 且血压也类似 。 也就是说 ， 当你遇到让你心跳加速的人 ， 你的身体在以燃烧生命的方式提醒你珍惜当下 。 从能量供应角度看 ， 心脏结构物理上能支持的心跳次数确实是类似的 。
可以认为 ， “四分之三定律”是不同物种根据自身体积或代谢速率的不同发展出的不同的生存策略 。 其本质在于生物体内（以血管及气管分布为基础）的网式能量交换过程 ， 即绝大多数生物体的物质能量循环系统都是通过体内空间的“分形填充”来最大化利用能量 。
注：分形是一种“自我相似”的现象 ， 即一个东西放大之后其局部和整体形态具有相似性（比如海岸线 ， 云朵 ， 河流 ， 人的血管、肺等） ， 它在自然界无处不在 。 而分形填充 ， 可以认为是一种特殊的“复制”行为 ， 就像不停地往更小的尺度复制自己 ， 以达到长度、表面积等在所处维度无限增加的效果 。
当我们研究动物尺寸与其摄入物的关系 ， 将有助于了解其对生命过程的影响 。


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