The Innovation Geoscience | 金属生态毒理学：深海采矿环境影响评价的重要组成部分

深海中存在着大量的矿产资源，例如热液口的金属硫化物、海山的富钴结壳、以及洋盆的金属锰结核等，同时兼具丰富的物种多样性。本文总结了当前深海采矿过程中所带来的环境问题，尤其是在深海采矿过程中产生的富含重金属的羽流对栖息生物的影响；进而提出了新的环境影响评价流程，为未来深海采矿风险评估提供了新的思路。

图1 图文摘要

深海矿产，包括深海锰结核、富钴结壳和多金属硫化物，分别沉积在深海洋盆、海山以及热液喷口中。深海采矿给人们带来可观利益的同时，也造成了不可估量的环境影响。因此，采矿活动中的环境风险评估（从物理海洋、环境化学以及海洋生物等方面）是至关重要的。其中，生物在重金属暴露下呈现的生态毒理学响应机制是评估环境风险的重要方法。金属污染物在矿石开采之前、期间或结束后都可能释放，并在广泛的时间和空间尺度上影响相关生物，对深海生态系统造成不可逆转的影响。为了避免这种灾难性后果，了解深海动物如何应对金属生态毒性是至关重要的。然而，上述数据的收集需要长期的努力，且该数据的获得必须通过标准化定量和定性研究来实现。 

以往研究主要从以下几个方面开展：（1）直接测量深海生物中的金属积累以间接反应其栖息地环境中的金属离子浓度。但后来有研究表明生物体中积累的重金属离子浓度与环境中的金属离子浓度可能不存在相关性，所以此方法有较大不确定性。（2）对与深海生物亲缘关系比较近的浅海物种进行研究。对浅海物种进行毒理实验，研究其重金属胁迫时的生理反应。然而，由于深海和浅海的物种生活环境有很大差异，因此这种方法并不能很好的说明重金属胁迫对深海物种的影响。（3）模拟深海环境对目标物种进行重金属胁迫实验。但该实验总是要经历先降压再增压的过程，所以在此过程中生物的生理状态与基因表达可能也会发生相应的改变。（4）在生物的自然栖息地原位进行金属暴露生态毒理学实验。第四种研究可能是目前实现深海生态系统生态毒理学准确预测的最优方法，该方法也称为原位暴露。与此同时，原位暴露还可实施基于组学的高通量研究，以增强生态毒理学研究的有效性。另外，此方法对于更具体的新生物标志物的开发也提供了条件。

为此，本文提出金属生态毒性实验的通用标准化工作流程，该工作流程综合了环境评估中的其他影响因素。1）物理参数对于确定如何将被破坏的金属离子的距离和时间尺度纳入生态系统建模至关重要。2）生物地球化学信息可以帮助预测这些金属可能的转移途径和阶段，以及它们在生物体中的浓度。对收集的数据和基础信息进行定期审查，以确定环境阈值，并用于全面的生理生态学监测和评估。3）为了使环境物理和地球化学测量与生物反应之间建立更好的联系，我们强烈建议进行现场原位实验监测，并结合多组学分析。在收集到足够的信息后，可以采用商定的阈值和研究方法，在深海采矿活动期间不断进行监测和评估。此外，应定期重新评估阈值和实验方法，以结合收集的最新基线数据。最终创造一个连续的流动和健康的反馈循环，从而最大限度地减少对深海生态系统的危害。

责任编辑

高   阳   中国海洋大学

祝贵兵   中国科学院生态环境研究中心

原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2023.100008

本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第1卷第1期以Editorial发表的“Metal ecotoxicology: An essential component in environmental impact assessment of deep-sea mining” (投稿: 2023-03-19；接收: 2023-05-17；在线刊出: 2023-06-05)。

DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2023.100004

引用格式：Kwan Y., Mestre N., Zhang D., et al. (2023). Metal ecotoxicology: An essential component in environmental impact assessment of deep-sea mining. The Innovation Geoscience 1(1), 100004.

作者简介

孙 进，现任中国海洋大学海洋生物多样性与进化研究所教授，基金委优秀青年基金（海外）、山东省杰青、山东省青年泰山学者获得者。主要从事深海化能合成生态系统生物的演化、适应性以及共生关系维系机制的研究。在Nature Ecology & Evolution、Nature Chemical Biology、Nature Communications、Molecular Biology & Evolution、ISME Journal等学术刊物上发表论文100多篇。

Web：http://iemb.ouc.edu.cn/2020/0713/c19154a292656/page.htm

钱培元，南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）副主任，广州海洋实验室香港分部主任，香港科技大学海洋科学系创系主任，香港科技大学冠名教授、讲席教授，国际知名海洋生物学家。长期从事海洋科学研究，领导创建了融合生物海洋学、生态学、微生物学、天然产物化学等多学科为一体的海洋环境与生态研究平台。以通讯作者于Nature Ecology & Evolution、Nature Chemistry、Nature Chemical Biology等学术杂志发表论文500余篇，引用超3万次，H指数88，荣获国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

Web：https://life-sci.hkust.edu.hk/team/pei-yuan-qian/

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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球54个国家；已被126个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有196位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外；包含1位诺贝尔奖获得者，37位各国院士；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录。2022年影响因子为32.1，CiteScore为23.6。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。

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