近日，南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授張彤團隊獲得一項關(guān)于“含汞礦物納米顆粒微生物甲基化過程機制”的研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，天然有機質(zhì)可通過調(diào)控初級納米粒子的生長方向，影響納米汞與厭氧細菌金屬轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)合過程，顯著抑制其甲基化潛能的自然衰減，導(dǎo)致富含有機質(zhì)環(huán)境中甲基汞持續(xù)地生成和積累。這一突破，為環(huán)境汞污染風(fēng)險評估提供了重要的理論依據(jù)，為設(shè)計開發(fā)高效的甲基汞污染阻控技術(shù)提供了嶄新思路。4月26日，介紹該工作的論文發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)刊物《自然·地球科學(xué)》。
甲基汞危害大成因是謎
汞是一種在自然界(包括大氣、水體、土壤以及生物圈)中普遍存在的重金屬污染物。由于汞具有長距離遷移的能力，已經(jīng)被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物，是除了溫室氣體外唯一一類對全球范圍產(chǎn)生影響的化學(xué)物質(zhì)。鑒于汞污染的嚴重性，2017年8月，包括中國在內(nèi)的128個國家和地區(qū)聯(lián)合簽訂了旨在全球范圍內(nèi)控制汞污染的《水俁公約》。根據(jù)該公約條款，締約國將全面禁止生產(chǎn)、進口和出口加汞產(chǎn)品。
汞污染最嚴峻的環(huán)境后果是排放至環(huán)境中的無機汞在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為甲基汞。甲基汞具有極強的神經(jīng)毒性，容易在食物鏈和生物圈中富集放大，嚴重威脅著人類的食品安全和生命健康。1950年代，日本轟動世界的“水俁病”的“元兇”也正是甲基汞。
然而長期以來，甲基汞在環(huán)境中的形成之謎，使得人們始終無法從源頭上治理甲基汞污染。
“研究發(fā)現(xiàn)，食物鏈中積累的甲基汞并非人類活動直接排放的，而是自然過程中在微生物的作用下產(chǎn)生的。我們目前無法從源頭上治理甲基汞污染，關(guān)鍵在于我們對甲基汞在環(huán)境中生成過程的機制認識不清。”張彤說。
打通治理汞污染的重要一環(huán)
甲基汞的生成很大程度上取決于復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)中無機汞的化學(xué)形態(tài)。傳統(tǒng)觀點認為，只有溶解態(tài)汞具有甲基化潛能。張彤團隊的研究率先證明了厭氧環(huán)境中硫化汞成礦過程易形成含汞納米顆粒(黑辰砂)，這些顆粒態(tài)汞能夠被硫酸鹽還原菌快速轉(zhuǎn)化為甲基汞。
“在納米汞的甲基化過程中，我們觀察到了顯著的晶面效應(yīng)。一方面，天然配體調(diào)控硫化汞的成礦過程，產(chǎn)生不同暴露晶面的含汞礦物納米顆粒。另一方面，黑辰砂的不同暴露晶面與決定汞細胞攝入過程的甲基化細菌金屬轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)合能力顯著不同。這兩方面的作用共同導(dǎo)致了真實環(huán)境中觀測到的汞甲基化潛能自然衰減速率的巨大差異。”張彤說。
該研究的發(fā)現(xiàn)為完善汞的生物地球化學(xué)循環(huán)模型，準確預(yù)判汞污染修復(fù)響應(yīng)時間提供了全新的視角。
“在明確汞甲基化潛能自然衰減機制的基礎(chǔ)方面，我們有望開發(fā)出低成本、環(huán)境友好的原位甲基汞污染阻控技術(shù)，為汞污染全球治理提供新策略。”張彤表示，該研究闡釋的礦物—微生物界面作用新機制還可推廣至鋅、銅、鉛、鎘等其它“軟”金屬礦物。其中，有些礦物驅(qū)動著環(huán)境中重要的生命活動、產(chǎn)能過程，有些會導(dǎo)致嚴重的生態(tài)和健康風(fēng)險，對其進行研究具有重要意義。
