《Environmental Advances》：Understanding global microplastic pollution across terrestrial and aquatic ecosystems through insect-fish comparative insights
微塑料（Microplastics, MPs）作为由大型塑料碎片化或直接制造的小颗粒，已被确认为全球主要的环境污染物，广泛分布于海洋、淡水、土壤和大气等生物圈各个主要 compartment。尽管许多生物摄入了 MPs，但现有证据常因生态系统或物种群而异，限制了识别更广泛模式的能力。本综述旨在填补这一空白，通过考察鱼类和昆虫这两类生态上独特且具影响力的群体，揭示跨类群在 MPs 暴露及影响方面的见解。研究人员综合了关于 MPs 来源、环境分布和多样性的现有知识，并比较了生物暴露于 MPs 的机制途径，以及这种暴露如何影响生理、行为、发育、繁殖和肠道微生物组。尽管鱼类和昆虫在解剖结构和生活史方面存在显著差异，但它们在应对 MPs 方面表现出趋同反应，并通过营养级转移、运动和跨生态系统生命周期在 MPs 的重新分布中发挥关键作用。两组中的某些物种展示了对聚合物的改变或降解能力，这可能是由微生物组介导的，对 MPs 的命运具有潜在影响。这种跨类群视角阐明了个体水平的影响如何扩展到生态系统过程，并强调了不同类群间研究努力的不均衡，这阻碍了准确的比较。这突显了需要协调一致、标准化且生态上现实的方法，以推进全球 MPs 污染评估。
本文深入探讨了微塑料（Microplastics, MPs）在陆地和水生生态系统中的全球污染问题，特别聚焦于鱼类和昆虫这两个关键类群，旨在通过比较视角揭示 MPs 的暴露机制、生物效应及生态再分布途径。
### 1. 引言
微塑料（MPs）已成为全球性的环境污染物，其来源包括大型塑料碎片的 fragmentation 或直接制造的小颗粒。MPs 广泛分布于生物圈的所有主要 compartment，从海洋和淡水系统到土壤和大气，显示出跨越生态系统边界的迁移能力。MPs 具有多样的尺寸、形状和聚合物类型，这些因素强烈影响其 transport、persistence、toxicity 以及携带化学添加剂和吸附污染物的能力。塑料生产增加和废物管理不当是 MPs 数量增长的主要因素。陆地系统作为 MPs 的主要来源，通过河流 basin 将其输送到 estuarine 和 marine 栖息地。海洋系统中，MPs 从 coastal 区域到 pelagic 和 deep-sea sediments 均有发现，甚至到达 remote polar environments。MPs 的 ingestion 已在各种生态背景下报道，可导致个体 health 严重受损，并改变 trophic interactions 和 population dynamics，引发 ecological cascades。此外，受暴露生物不仅是污染物的受害者，还通过运动和 trophic transfers 成为其 re-distribution 的 agents。鱼类和昆虫因其广泛的分布和关键的生态角色，成为研究 MPs 运动和生态影响的重要对象。昆虫是最广泛的动物群体，对 ecosystem services 提供至关重要；鱼类则通过多样的 feeding strategies 和 broad habitat range 成为追踪 distribution 和 ecological effects 的关键物种。两者均被用作 MPs contamination 的 bioindicators，且部分物种及其 microbiota 展现出 transform 或 partially degrade 聚合物的能力。
### 2. 文献综述方法
本综述涵盖 2012 年至 2025 年发表的文献，重点关注 2020–2025 年的最新文章。优先选择 review articles 和 meta-analyses，以整合不同研究中反复观察到的结果。同时考虑 individual studies 以捕捉 regional、context-specific 或 less widely reported effects。通过 systematic searches in Web of Science, Scopus, and Google Scholar 识别相关出版物，关键词包括 “microplastics,” “fish,” “insects,” “ecotoxicology,” “gut microbiota,” “ecosystem impacts,” “trophic transfer” 等。文章选择基于相关性、methodological rigor 和对主题的贡献，优先选择提供 robust evidence、novel insights 或 broad ecological relevance 的出版物。
### 3. 微塑料的来源与多样性
#### 3.1. 从陆地到水生环境的微塑料
土壤作为 MPs 的主要 reservoir，来源包括 agricultural mulch、organic fertilizers 和 improper waste disposal。MPs 可通过 atmospheric deposition、surface runoff 和 sewage networks 进入 aquatic environments，最终通过 rivers、lakes 和 streams 进入海洋。Navigation、fisheries 和 aquaculture activities 也直接导致 water bodies、estuaries 和 bays 中 MPs 的存在。人类活动和 population growth 在 MPs 分布和浓度增加中起主要作用，surface currents 和 wind forces 可使其 long-distance migration，解释其在 remote areas 的发现。
#### 3.2. 淡水中的微塑料
MPs 在 freshwater ecosystems（包括 rivers、lakes、reservoirs 和 wetlands）中 well documented。由于 settling，MPs 在 sediments 中的浓度高于 water column。这种 spatial distribution 受 watershed characteristics 强烈影响，在 urban areas、wastewater outlets 和 intensive agriculture 附近观察到 higher loads。在 lentic systems（如 lakes 和 reservoirs）中，long water residence times 和 reduced water movement 促进 MP retention，dams 进一步通过 trapping particles upstream 增强 accumulation。Freshwater environments 既是 sinks 也是 pathways 用于 MPs re-distribution to downstream ecosystems。
#### 3.3. 海洋系统中的微塑料
MPs 已在全球 oceans 中被识别，从 nearshore 到 offshore 和 pelagic regions，在 sea surfaces、deep sea、water columns 和 seabed sediments 中均有分布。MPs 沿所有 continents 的 coastal 和 maritime zones ubiquitously distributed，包括 Arctic 和 Antarctica。MPs loaded by rivers 是 marine environments 中的重要 sources。Yellow Sea 和 Mediterranean Sea 被确定为 global marine MP contamination hotspots。全球 ocean surface 因 MPs pollution 面临风险的比例预计将从目前的 0.17% 上升到 2050 年的 0.52% 和 2100 年的 1.62%。鉴于 fish 是 popular seafood，commercial sea fish 中的 MPs pollution 对 food security 和 human health 构成 significant concern。
#### 3.4. 微塑料的多样性
MPs 来源于 primary sources（如 microbeads、pellets、nurdles）和 secondary sources（通过 photo-oxidation、weathering、abrasion 和 microbial activity 降解 larger plastics）。MPs 在 size、shape、chemical composition 和 physical properties 上表现出 substantial diversity。Conventionally defined 为 smaller than 5 mm，分为 “large”（1–5 mm）、“small”（<1 mm）和 nanoplastics（NPs, <0.1 μm）。Morphologies 包括 irregular fragments、synthetic fibers、spherical beads、thin films、foams 和 industrial pellets。化学上，MPs 衍生自 wide range of synthetic polymers，如 Polyethylene (PE)、Polypropylene (PP)、Polystyrene (PS)、Polyethylene terephthalate (PET)、Polyvinyl chloride (PVC) 和 Polyamide (nylon)。MPs 的物理和化学多样性使得 universal detection、monitoring、remediation strategies 和 accurate ecological risk assessments 变得复杂。
### 4. 微塑料摄取的决定因素：鱼类和昆虫中性状与生境的相互作用
鱼类和昆虫中 MPs 的 ingestion 是 biological、behavioral 和 environmental factors 复杂 interaction 的结果。
对于昆虫，主要 contamination route 是 ingestion，通常 unintentional。Aquatic insects 中的 collectors guild（如某些 beetles 和 dipterans）因在 pollutants prone to settle 的区域（如 sediments）取食 organic matter，表现出更高的 MPs ingestion。尽管所有 feeding guilds 中均存在 MPs，但 functional habitat groups（swimmers、graspers、burrowers、crawlers）对 MPs presence 无显著 impact。在 terrestrial contexts 中，plants 可从 soil 吸收 MPs 并 transfer 给 herbivorous insects，表明 cross-ecosystem circulation。
Environmental context 放大这些模式。Proximity to anthropogenic sources（如 landfills 和 agricultural runoff）增加 local MPs concentrations，导致 nearby species 更大的 ingestion。Hydrodynamic features（如 water flow、sediment granularity 和 biofilms presence）modulate MPs availability。Bio-vectors（如 birds）携带 MPs 从 polluted sites 到 relatively natural environments，进一步塑造 spatial distribution 和 insects’ risk of exposure。
在鱼类中，dietary habits 和 trophic position 显著影响 MPs ingestion：benthic 和 detritivores species 显示 highest MPs loads，filter-feeding behaviours 增加 exposure。Trophic level 和 feeding strategy 直接决定 MPs ingestion，某些 foraging 和 predatory behaviours 增强 contamination risk。Ecosystem type 起 major role；freshwater fish 摄入的 MPs 量是 marine species 的两倍，可能由于 higher localized contamination。Aquaculture fish 平均比 wild fish 多含 40% 的 MPs，源于 industrial feed 和 high-density rearing。Regionally，ingestion rates 反映 plastic pollution 和 waste management 的不平等，Asian 和 North American fish 显示更高的 contamination（分别为 62% 和 55%），高于 European populations（38%）。
Aquatic insect collectors 和 detritivorous 或 benthic-feeding fish 表现出 analogous ecological roles，均依赖 sediment-associated organic matter，从而显示 elevated exposure to MPs concentrated in substrates。这种 convergence highlight shared mechanisms of contamination despite biological and ecological differences。Environmental determinants 也显示 convergence：proximity to anthropogenic sources 是 major and recurring driver of contamination。
### 5. 微塑料摄取的 impact：鱼类和昆虫的比较分析
#### 5.1. 摄食和消化反应
MPs exposure 的最早 physiological response 之一是 feeding behavior 和 digestive function 的 disruption，在 insects 和 fish 中均观察到。在 insects 中，MPs 在 digestive tract 的 accumulation 可导致 mechanical damage 和 pseudo-satiety，减少 ingestion 和 limit nutrient absorption。在 fish 中，effects 主要是 physical，导致 obstructions、intestinal wall 机械 damage 和 digestive processes disruption，减少 food intake、lead to nutritional deficiencies 和 affect growth。Digestive disruptions 常伴随 gut microbiota 的 shifts。
#### 5.2. 肠道微生物组改变
Gut microbiota disruption 是 fish 和 insects 中 fundamental shared response。MPs 改变 insects 中的 bacterial 和 fungal gut communities，例如降低 microbial diversity 和 shift community composition。在 fish 中，MPs consistently alter microbial communities，常涉及 Proteobacteria、Firmicutes 或 Bacteroidetes 丰度的 changes。Dysbiosis 可 linked with inflammation、immune dysfunction、altered metabolism 和 morbidity。尽管 effects 在 fish 中 better documented，但 PS-MPs exposure 在两者中均导致 phylum level 的 significant shifts。Experimental design 的差异（particle size、concentration、exposure duration、life stage）使 direct cross-study comparisons 复杂化，harmonic experimental approaches 对于 produce robust、comparable data 至关重要。
#### 5.3. 能量代谢紊乱
MPs ingestion 在 insects 和 fish 中 disrupt energy metabolism。Insects 中，MPs reduce essential energy reserves（proteins、lipids、carbohydrates），effects 可能 sex-specific。Fish 中，MPs cause systematic disturbances、lipid imbalances、enzymatic 和 hormonal changes 和 energy homeostasis disruption。Common pattern 是 MPs compromise energy reserves 的 availability 和 use，disrupting metabolic homeostasis。Insects 中，metabolic disruptions 直接 impair tolerance to starvation；Fish 中类似 effects 可能发生。
#### 5.4. 氧化应激和线粒体功能障碍
Oxidative stress 是 shared mechanism，主要通过 increased production of reactive oxygen species (ROS) 实现。Inflammation triggered by mechanical damage 是 major contributor。In insects（如 *C. riparius* 和 *D. melanogaster*）和 fish 中，ROS 导致 cellular metabolism impairment 和 mitochondrial damage。Oxidative stress responses 在 fish 中 mechanistically 和 quantitatively more extensively characterized。Excessive ROS production 可 compromise genomic integrity，导致 oxidative DNA damage（如 base modifications 和 strand breaks）。Genotoxic effects 在 fish 中 frequently reported，通过 comet assays 和 micronucleus tests 评估。In insect models 中，direct genotoxic endpoints 也有 documented，但 taxonomic breadth 和 mechanistic integration 更 limited。
#### 5.5. 行为改变和神经毒性
MPs exposure induce behavioral alterations 在 insects 和 fish 中。In insects，MPs exposure 可 lead to increased locomotor activity（如 curling movements）或 increased daytime activity and reduced sleep，enhance energy consumption。In fish，MPs ingestion 导致 altered feeding behavior、reduced predation efficiency、disrupted mating behavior 和 altered swimming capacity。Neurotoxic effects 在 fish 中 studied in greater details，主要涉及 AChE inhibition，导致 acetylcholine accumulation 和 neurotransmission impairment。Insects 中的 neurotoxic explanation remains uncertain。
#### 5.6. 发育和生殖影响
Developmental 和 reproductive outcomes 受 upstream physiological changes shaping。In insects，larval developmental delays 由 indirect mechanisms（如 reduced feeding、altered gut transit、increased cellular stress）引起，disproportionately affect females。Reproduction 受 energetic limitations 约束，MPs reduce egg production。MPs 可能直接 affect hormonal pathways（如 insulin 和 ecdysone signaling）。In fish，developmental 和 reproductive impairments 在 broader range of species 中观察到。MPs exposure reduces growth、linked to HPG axis disruptions（altered sex hormone levels、reduced gamete quality、impaired fertility）、delayed hatching 和 transgenerational impacts。Insects 主要受 indirect pathways 影响，而 fish 显示 additional effects linked to endocrine and systemic physiological disruptions。
#### 5.7. 综合概述：一般模式和鱼类特异性影响
MPs ingestion induce physiological、metabolic、behavioral、developmental 和 reproductive disruptions 在 insects 和 fish 中。尽管 life histories、anatomies 和 ecological niches 不同，许多 effects point to shared processes。Effects 紧密 connected：decrease in food intake、metabolism disruptions 和 microbiota changes 可 lead to delayed development。Fish-specific impacts 包括 respiratory impairments（gill retention）、immune disturbances、severe cellular stress 和 cardiovascular anomalies，这些在 insects 中未 explicitly described。这种 disparity 可能反映 biological differences 和 uneven research coverage。
#### 5.8. 超越负面影响：昆虫降解微塑料的能力
Limited species of insects（如 mealworms *Tenebrio molitor* 和 greater wax moth larvae *Galleria mellonella*） demonstrate ability to biodegrade synthetic polymers（如 PS、PE、PP），常与 gut microbiota 协同（host oxidants 和 microbial hydroxyl radicals）。MPs 可 rapidly degraded，生成 NPs，可能进一步 degraded 或 cleared。但这些 capacities 目前仅 documented for few species under controlled laboratory conditions。Evidence from ecologically relevant taxa in natural environments is lacking，且大多数 species 中 MPs 仅 partially degraded，可能 generate smaller particles。Ecological significance 和 net environmental benefit 仍需 demonstrated。
### 6. 鱼类和昆虫在微塑料影响和动态中的生态角色
Fish 和 insects 的 ecological contributions 超过 passive recipients 的角色。MPs contamination drives ecosystem-level effects 和 facilitate spread of pollutants。
Insects 中，MPs ingestion 可 alter crucial ecosystem functions：impair decomposition、alter nutrient cycling、reduce soil fertility。Pollination 可能受影响（bees transport MPs to flowers，reduce pollen tube formation）。MPs 在 insect bodies 的 adherence 可 interfere with seed transport。MPs 可能 increase oviposition rates 或 reduce body size/abundance，disrupt prey population dynamics，cascading consequences for higher trophic levels（如 insectivorous fish）。
Insects 参与 MPs dispersion：Aquatic insect larvae 在 metamorphosis 后 transfer contaminants into terrestrial ecosystems，建立 biological bridge。MPs 可通过 mosquito bites transmitted to mammals。Insects 在 flight 中 facilitate dispersion（MPs adhering to bodies 或 in digestive tracts）。Through predation，contaminated insects provide entry route for MPs into higher trophic levels（如 birds）和 re-enter aquatic food webs。
Fish 作为 MPs 的 reservoirs 和 secondary dispersers 在 aquatic environments 中。Accumulate MPs 直接 via ingestion 和 indirect through trophic transfer。Impacts 可 cascade to population-level effects 和 ecosystem services disruptions。Fish 的 migratory behaviors（如 snooks）amplify re-distribution of MPs。Ingestion-excretion cycle 和 migratory habits reshape spatial patterning of MPs。Biomagnification 是 hypothesis。
Insectivorous fish 是 convergence point：consumers of contaminated insects 和 agents of re-distribution。Regional studies suggest insectivorous fish often exhibit higher MPs loads。Macrinvertebrates 的 widespread contamination establishes persistent route for MPs to move upward through trophic levels。
Fish 还 serve as direct interface 通过 seafood consumption。MPs 在 commercially important species 中 detected，包括 edible tissues。Chronic exposure 可能 associated with oxidative stress 和 inflammation，但 health risk thresholds 证据 insufficient。
Insects 和 fish 的 tandem roles as accumulators、vectors 和 amplifiers underpin ecosystem-scale ramifications of MPs pollution。
### 7. 一般结论和未来研究展望
MPs pollution 是多 faceted cause of ecosystem disruption。Fish 和 insects 扮演 dual role：victims（complex physiological effects）和 vectors（re-distribution across ecosystem boundaries）。尽管 evidence suggests convergent responses，但 substantial gaps remain，包括 methodological inconsistencies、limited ecological realism 和 sparse data。
Progress limited by heterogeneity in sampling、characterization 和 experimental procedures。Unrealistically high MP concentrations、variations in particle preparation、size、polymer identification 和 quantification units limits comparison。Experimental studies 中，fish 通常暴露于 larger particles，而 insects 于 smaller particles，影响 detectability 和 recovery efficiency。Whole-body digestion for insects increases analytical complexity。
Need for standardized、cross-taxon experimental approaches：unified classification frameworks、harmonized analytical protocols（FTIR/Raman spectroscopy）、increased ecological realism（aged/biofilm-colonized MPs）。Expand representative model taxa。Address limitations in population、community 和 ecosystem levels studies。Synergistic effects、transgenerational consequences 和 biomagnification 需更多研究。Expand studies to terrestrial insects。Link individual-level responses to ecosystem-level outcomes via mesocosms 和 long-term modeling。
Insect gut microbiota 和 fish intestinal microbiota 的 potential to partially degrade MPs 为 bioremediation 打开 avenues。Multidisciplinary research 是必要的。
MPs 应 recognized 为 heterogeneous suite of chemical 和 physical entities。Integrative 和 interdisciplinary approaches 是 advancing understanding 的关键。Only through coordinated efforts can we accurately assess ecological risks 和 develop mitigation strategies。
