蓝藻,地球的功臣与魔鬼

云南大学生态与环境学院高原湖泊生态与治理研究院  王海军

随着夏天的到来,温度逐渐升高,各地蓝藻水华暴发频繁。水华发生时,蓝藻在水体表面大量堆积,影响水体景观,也给自来水处理及水源地安全带来严重危害。

蓝藻,又称蓝细菌,是地球氧化环境的功臣。它在38亿年前就出现了,被认为是塑造当今世界的天使。它是一种原核生物,广泛分布于淡水、咸淡水、海水和陆生环境等各类生态系统中,被认为是地球上最早出现的光合自养生物——可利用太阳光将二氧化碳还原成有机碳化合物,并释放出自由氧。它帮助地球建立了早期相对稳定的生态系统,为今日较低二氧化碳含量、较高自由氧的大气圈创造了条件,形成了覆盖海洋和陆地的生物圈。另外,许多蓝藻种类还可食用,具有较高的经济价值,如我们常见的普通木耳念珠蓝藻(俗称地耳)、盘状螺旋蓝藻、最大螺旋蓝藻等。其中,盘状螺旋蓝藻具备高蛋白、低脂肪、低胆固醇、低热值等特点,是目前人们食用较多的保健品之一。

但不少蓝藻同时扮演着“魔鬼”的角色——它们分泌异味物质或毒素,危害生物与人类健康。目前,已知能产生毒素的蓝藻种类有50余种,已知毒素种类也近300种,主要包括寡肽类、生物碱类、氨基酸类等。从致毒类型来说,可分成肝毒素、神经毒素、细胞毒素和皮炎毒素等。其中,以肝毒性的微囊藻毒素最常见、危害最大、结构类型最丰富,已知类型近250种。它们主要通过饮水进入生物体,与细胞(尤其是肝、肾细胞)内的蛋白磷酸酶专性结合,具有广泛的强制毒作用,威胁生物体健康。

数据显示,除了引起其它水生生物(如鱼类)死亡外,世界各地因蓝藻毒素引起的各类生物急性中毒事件屡见不鲜。非洲大陆各类野生动物因蓝藻毒素死亡事件频繁发生,例如,2020年5月至6月,至少330头非洲草原象离奇死亡,猜测与摄入过量的蓝藻毒素有关。2001年10月,澳大利亚昆士兰西北部一农场45头牛也因蓝藻毒素而死亡。白犀牛、狮子、长颈鹿、水牛、角马、斑马、狗、鱼和各种鸟类均有因蓝藻死亡的报道。

蓝藻毒素同样会威胁人类健康。“蓝藻水华”主要出现在淡水水体,多见于湖泊,也发生于水库、河流。我国关注度最高的蓝藻水华常发水体当属太湖、巢湖和滇池,严重时甚至会造成自来水污染,使居民饮用水和生活用水严重短缺。研究表明,在我国蓝藻水华常发的巢湖,周边生活的渔民血清中微囊藻毒素含量与其肝功能指标异常存在正相关关系;在我国东南沿海地区,饮用水中的微囊藻毒素是导致肝癌高发的因素之一。1979年,澳大利亚昆士兰州棕榈岛上曾发生因拟柱孢藻水华导致集体中毒事件,148人突发肝肠炎。关注度最高的当属1996年巴西肾透析用水被微囊藻毒素污染事件,导致52人死亡。美国50个州均出现过有害藻华,五大湖之一的伊利湖2014年发生过因水华暴发致当地150万人饮用水出现危机事件。除了导致严重肝损伤外,微囊藻毒素也与肿瘤发病有直接关系,还具有一定的免疫毒性和生殖毒性。可见,蓝藻水华及其产生的负面影响是一个全球性的问题。

水体中过量氮磷营养物的输入和适宜的水热条件是蓝藻过量生长和水华形成的重要原因。不少蓝藻喜热,随着气候变暖和水体富营养化加剧,全世界范围蓝藻水华暴发的频次、规模和持续时间都有加剧的趋势。而温度上升同时会刺激毒素释放,使一些有毒种类成为优势群体,威胁水生态系统乃至公共安全。为此,我们亟需对各类水体的藻毒素暴露风险进行更全面和系统的定量评估,进一步完善蓝藻水华的预测模型,以便能够有效地实施蓝藻预防与控制,并联合当地政府做出保护环境减少污染等行动以减轻水华发生风险,以确保区域内动物的健康和人类社会的可持续发展。▲