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海洋汞污染是全球性挑战，但深海远洋（200-5000米深度）生物群落中的汞积累规律及其驱动机制仍不明确。为此，研究者对比了大西洋西部热带海域寡营养的费尔南多-迪诺罗尼亚海脊和高产的亚马逊河口海域的深海生物群落，结合稳定同位素（δ15N, δ13C）与总汞浓度分析。研究发现，生产力水平塑造了食物网结构，寡营养海域因食物链更长、更依赖碎屑食物链，导致深海生物汞含量显著更高。这项研究揭示了海洋生产力调控汞在深海食物网中生物累积的关键作用，对评估气候变化下的污染风险具有重要意义。
汞，这种银白色的液态金属，是地球上一个隐形的全球污染者。自工业革命以来，人类活动导致海洋中汞的含量增加了150%到300%。当无机汞在海洋中被微生物转化为甲基汞（MeHg），其毒性被急剧放大。甲基汞具有极强的生物累积和生物放大特性，沿着食物链逐级富集，最终在位于顶端的掠食者——如金枪鱼、鲨鱼和鲸鱼体内达到最高浓度。人类通过食用海产品接触到这些毒素，可能引发神经损伤、认知发育缺陷等健康风险。然而，我们对汞在浩瀚海洋中的旅程仍有许多未知，尤其是在占据海洋绝大部分体积、连接着表层与深海、维系着从浮游动物到顶级捕食者能量传递的深海远洋生态系统中。这个被夜幕笼罩的世界，生活着大量体型小于30厘米的生物，它们构成了地球上最丰富的脊椎动物类群之一。它们每日进行着可能是地球上规模最大的动物垂直迁徙，数十亿个体夜间上浮至表层觅食，成为海洋碳泵和生态系统能量流动的关键一环。但与此同时，它们也扮演着关键“汞载体”的角色，将深海的汞传递给上层的大型掠食者。一个核心科学问题随之浮现：海洋环境，特别是初级生产力的高低，如何影响深海生物体内汞的积累？这个问题对于预测污染物在全球变化背景下的命运，评估生态与健康风险至关重要。
为解答这一问题，由Leandro N. Eduardo等研究者组成的国际团队，在大西洋西部热带海域选择了两个生态特征迥异的“天然实验室”：一个是寡营养（生产力低）的费尔南多-迪诺罗尼亚海脊，另一个则是受亚马逊河巨大淡水与营养盐输入影响的高生产力亚马逊河口外海域。研究者假设，两地生产力的差异会通过塑造不同的食物网结构，进而影响汞在深海生物中的累积模式。他们在2017年和2021年分别在这两个海域进行了系统的深海生物采样，共分析了来自67个物种的479个个体。研究团队测量了每个样本的总汞浓度，并分析了稳定氮同位素（δ15N）和稳定碳同位素（δ13C）。δ15N常被用作指示营养级和食物链结构的生态示踪剂，而δ13C则有助于揭示碳源和栖息地利用信息。他们还根据物种的摄食习性（浮游动物食性或微浮游动物食性）、垂直迁移行为（迁移型或非迁移型）和分类学类群（鱼类、头足类、甲壳类）对物种进行了生态学分类，以探究汞积累的生态驱动因子。通过一系列统计模型，他们试图厘清区域、体型、营养级等多种因素对汞浓度的相对贡献。
主要研究技术方法概览：
本研究的核心是结合生态调查与地球化学分析。首先，在两个目标海域（费尔南多-迪诺罗尼亚海脊和亚马逊河口）利用中上层拖网对深海生物（深度范围10-1200米）进行系统性采样。对采集的样本进行物种鉴定、体长测量和组织取样。随后，利用同位素比率质谱仪（IRMS）测定肌肉组织中的稳定碳、氮同位素比值（δ13C, δ15N），以解析食物网结构和碳源。同时，通过热分解-金汞齐-原子吸收光谱法测定组织中的总汞浓度，并以此作为甲基汞的可靠指标。最后，综合生态学分类、稳定同位素数据和汞浓度数据，运用线性混合效应模型等统计方法，分析区域差异、体型、营养级等因素对汞积累的独立及交互影响。
研究结果：
1. 生产力塑造了截然不同的食物网结构
稳定同位素分析清晰地揭示了两地食物网架构的本质差异。15N范围。">尽管两地的δ13C值范围相似，表明其基础碳源没有受到亚马逊河羽流的直接影响，但δ15N的分布模式却大相径庭。在寡营养的费尔南多-迪诺罗尼亚海脊，深海物种的δ15N值范围宽达约5‰，呈现出一个更“长”或垂直结构更复杂的食物网，暗示可能存在多个营养级或不同深度层面的营养基线。相反，在高产的亚马逊河口海域，物种的δ15N值则更为集中，分布范围更窄，指示着一条更“短”、更直接的能量传递途径。这与生态学理论相符：寡营养系统通常依赖以微型浮游植物为基础、涉及原生动物和微型浮游动物的复杂微生物食物网，导致δ15N在多次营养转移中逐步富集；而高产系统支持被中型浮游动物高效摄食的大型浮游植物，从而形成更短的食物链。
2. 汞积累遵循普遍的生态学规律
在所有物种中，汞浓度与个体体长呈显著正相关，符合生物体随生长时间累积汞的规律。生态习性对汞浓度有明确影响：非迁移型（常年停留在深海的）物种的汞浓度显著高于进行昼夜垂直迁移的物种；以小型游泳动物为食的物种（微浮游动物食性）的汞浓度也高于以浮游动物为食的物种（浮游动物食性）。这些非迁移、高营养级的物种通常生命周期更长、体型更大，并且更依赖于由悬浮颗粒有机物支撑的碎屑食物链，而这些颗粒物是深海微生物活动和甲基化过程的热点区域，从而导致更高的汞暴露风险。
3. 寡营养海域的深海生物汞负担更高
最关键的发现在于区域间的对比。在19个同时出现在两个海域的物种中，有7个物种在两地的汞浓度存在显著差异，且无一例外，所有这些差异都表现为费尔南多-迪诺罗尼亚海脊的个体汞浓度高于亚马逊河口的个体。线性混合效应模型进一步证实，即使在统计上控制了物种体型、δ15N值（反映营养级和基线）和物种自身差异后，这种“区域效应”依然强烈且显著。来自寡营养海脊的个体，其汞浓度平均比来自高产河口的同类高出数倍。模型还发现，在亚马逊河口，汞浓度与δ15N值的关联更强，表明那里的汞积累与经典的食物链生物放大过程耦合更紧密；而在费尔南多-迪诺罗尼亚海脊，两者关联较弱，暗示该区域汞的生物可利用性可能受到食物网基础过程（如微生物食物链和碎屑途径）的更复杂调控。
结论与重要意义：
本研究证实了最初的假设：海洋初级生产力是调控深海远洋生物汞积累的关键驱动力。 在寡营养的费尔南多-迪诺罗尼亚海脊，更长的食物链、深海生物对碎屑食物链的更高依赖性，以及与低生产力相关的协同效应，共同导致了该区域深海生物群落承受了更重的汞负担。相反，尽管亚马逊河口地区本身是著名的汞污染热点，但巨大的淡水稀释作用、广阔的陆架沉积物截留以及沿岸红树林的过滤效应，可能共同构成了有效的“生物地球化学屏障”，限制了陆源汞向远海深海生态系统的输出，使得该区域深海生物的汞暴露水平相对较低。
这项发表于《整体环境科学》的研究具有多重重要意义。首先，在科学认知层面， 它首次在热带大西洋区域系统揭示了生产力梯度如何通过重塑食物网结构来主导深海汞的累积模式，将宏观的海洋学过程与微观的污染物生物地球化学循环紧密联系起来。其次，在生态与健康风险预警层面， 研究发出了重要警示：通常被认为“原始”的寡营养远洋海域，其深海食物网可能对汞积累更为脆弱。这意味着，以这些高汞含量的深海生物为关键饵料的顶级捕食者（如金枪鱼、剑鱼、抹香鲸）可能面临更高的汞暴露风险，进而通过海产品消费链威胁人类健康。最后，在全球变化与污染协同治理层面， 研究提供了前瞻性视角。未来气候变化预计将导致海洋寡营养化区域扩大、最低含氧层扩张，这可能会加剧微生物介导的汞甲基化过程，并强化深海食物网对碎屑途径的依赖，从而可能进一步放大类似费尔南多-迪诺罗尼亚海脊所观察到的“高汞积累模式”。这凸显了污染控制（如履行《关于汞的水俣公约》）与气候变化 mitigation（减缓）是保护海洋生态系统功能、保障海产品安全不可分割的双重议题。研究也呼吁未来的监测与研究应覆盖更广泛的深海区域和更多样的生态类群，特别是在面临快速气候变化的南半球海域，以建立全球性的基准并制定有效的保护策略。
