DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2025.1693766
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Pan Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات تأثير الزئبق والتخفيف
نظرة عامة
تسلط هذه المراجعة الضوء على الدور الهام للبيريفيتون، وهو غشاء حيوي ميكروبي-طحلبي، في الديناميات البيئية للزئبق (Hg)، وهو ملوث واسع الانتشار. من خلال تجميع البيانات من 100 دراسة، يظهر المؤلفون أن المواد البوليمرية خارج الخلوية (EPS) للبيريفيتون تسهل الامتصاص الحيوي السريع للزئبق (II)، مع اختلاف سعات الامتصاص من 27.2 ملغ/غ للمكونات الفطرية إلى أكثر من 393 ملغ/غ لبعض سلالات البكتيريا. بالإضافة إلى ذلك، تعمل الميكروبيوم اللاهوائي داخل البيريفيتون كخزانات حيوية حيث تتوسط المجتمعات الميكروبية في الميثلة وإزالة الميثيل للزئبق من خلال جينات hgcAB وmer، على التوالي. ومن الجدير بالذكر أن البيريفيتون المحمل بالزئبق والذي يتقدم في العمر يمكن أن يزيد بشكل كبير من تركيزات الميثيل الزئبقي (MeHg) في الرواسب بنسبة 54%-514%، مما يخلق نقاط ساخنة للتراكم الحيوي.
يختتم المؤلفون بالتأكيد على الحاجة إلى فهم أعمق للتفاعلات بين البيريفيتون والزئبق على كل من المقاييس الدقيقة ومقاييس حوض النهر. إنهم يدعون إلى تطوير أنظمة مراقبة في الموقع واستراتيجيات تنظيمية مستهدفة لإدارة تلوث الزئبق بشكل فعال. علاوة على ذلك، يؤكدون على إمكانية استخدام طرق التنظيف البيولوجي المعتمدة على البيريفيتون في النظم البيئية الطبيعية، مثل الأراضي الرطبة وبرك الطحالب، للمساهمة في إدارة الزئبق المستدام والتخفيف من المخاطر البيئية والصحية المرتبطة بتراكم الميثيل الزئبقي.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التهديد الواسع الذي يشكله الزئبق (Hg)، وهو ملوث عالمي معترف به من قبل منظمة الصحة العالمية كقضية صحية عامة هامة. يسمح انخفاض قابلية تحلل الزئبق له بالبقاء في البيئة لعقود، مما يؤدي إلى مشاكل صحية خطيرة، بما في ذلك تلف الأعضاء غير القابل للإصلاح والاضطرابات المعرفية. بينما يوجد بشكل طبيعي في قشرة الأرض، يتم إطلاق الزئبق بشكل أساسي من خلال الأنشطة البشرية، وخاصة في الصناعات مثل إنتاج الصلب والأسمنت والذهب. يوجد في أشكال مختلفة – عنصري، غير عضوي، وعضوي – مع كون الميثيل الزئبقي (MeHg) سامًا بشكل خاص وشائعًا في سلاسل الغذاء المائية بسبب توفره الحيوي الأعلى.
تعد عملية تحويل الزئبق غير العضوي إلى ميثيل زئبق في البيئات المائية، بشكل أساسي من خلال الميثلة الميكروبية، عملية حاسمة تؤثر على دورة الزئبق في البيئة وسميته. يتراكم الميثيل الزئبقي في الكائنات القاعية ومن ثم يتزايد في سلسلة الغذاء، مما يشكل مخاطر على المفترسات العليا، بما في ذلك البشر. تشير الأبحاث إلى أن الأراضي الرطبة، وخاصة تلك التي تحتوي على نباتات مائية عائمة، تساهم بشكل كبير في إنتاج الميثيل الزئبقي. نظرًا لمقاومة الزئبق في النظم البيئية، فإن استراتيجيات التنظيف الفعالة، مثل الأكسدة، والاختزال، والامتصاص، ضرورية للتخفيف من تأثيره. إن فهم آليات تراكم الزئبق وإيجاد طرق فعالة للتحكم في التلوث هي أولويات ملحة لحماية البيئة وصحة الإنسان.
نقاش
يسلط النقاش الضوء على الأهمية البيئية للبيريفيتون في سياق تلوث الزئبق، مؤكدًا على دوره كمجتمع ميكروبي لا يعمل فقط كمنتج أولي في النظم البيئية المائية ولكن أيضًا كمتراكم حيوي كبير للزئبق. يتكون البيريفيتون من الطحالب والبكتيريا والفطريات والمواد البوليمرية خارج الخلوية (EPS)، ويسهل ربط وتحويل الزئبق من خلال مجموعات وظيفية مختلفة موجودة في EPS. هذه المجتمع حاسم لفهم دورة الزئبق البيوجيوكيميائية، حيث يؤثر على نوعية الزئبق، وتوفره الحيوي، والمخاطر البيئية المرتبطة به. وجود بكتيريا ميثلة الزئبق، مثل البكتيريا المختزلة للكبريت (SRB)، داخل البيريفيتون يبرز دورها المزدوج في تركيز الزئبق وتسهيل ميثلته، مما يشكل مخاطر على شبكات الغذاء المائية.
بالإضافة إلى ذلك، يناقش البحث آليات الامتصاص الحيوي للزئبق بواسطة البيريفيتون، والتي تشمل تفاعلات معقدة بين العمليات الكيميائية والفيزيائية التي تتوسطها المجموعات الوظيفية المتنوعة في EPS وجدران الخلايا الميكروبية. يتميز سلوك الامتصاص بعملية من مرحلتين: امتصاص خارجي سريع يتبعه تراكم داخلي أبطأ. تؤثر العوامل البيئية، مثل الرقم الهيدروجيني ودرجة الحرارة، بشكل كبير على هذه الآليات، حيث تعزز الظروف المثلى فعالية احتجاز الزئبق. تشير النتائج إلى أن فهم التفاعلات بين البيريفيتون والزئبق أمر ضروري لتطوير استراتيجيات للتخفيف من تلوث الزئبق وتأثيراته البيئية، خاصة مع استمرار الأنشطة البشرية في تفاقم انبعاثات الزئبق.
DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2025.1693766
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Pan Li et al.
Primary Topic: Mercury impact and mitigation studies
Overview
This review highlights the significant role of periphyton, a microbial-algal biofilm, in the environmental dynamics of mercury (Hg), a widespread pollutant. By synthesizing data from 100 studies, the authors demonstrate that periphyton’s extracellular polymeric substances (EPS) facilitate rapid biosorption of Hg(II), with adsorption capacities varying from 27.2 mg/g for fungal components to over 393 mg/g for certain bacterial strains. Additionally, the anaerobic microzones within periphyton act as biochemical reactors where microbial communities mediate the methylation and demethylation of mercury through the hgcAB and mer operons, respectively. Notably, senescent mercury-laden periphyton can significantly elevate sediment methylmercury (MeHg) concentrations by 54%-514%, thereby creating hotspots for bioaccumulation.
The authors conclude by underscoring the need for a deeper understanding of the interactions between periphyton and mercury at both micro and watershed scales. They advocate for the development of in situ monitoring systems and targeted regulatory strategies to manage mercury pollution effectively. Furthermore, they emphasize the potential of periphyton-based bioremediation approaches in natural ecosystems, such as wetlands and algal ponds, to contribute to sustainable mercury management and mitigate ecological and health risks associated with methylmercury biomagnification.
Introduction
The introduction highlights the pervasive threat posed by mercury (Hg), a global pollutant recognized by the World Health Organization as a significant public health concern. Mercury’s low biodegradability allows it to persist in the environment for decades, leading to severe health issues, including irreversible organ damage and cognitive impairments. While naturally occurring in the Earth’s crust, mercury is predominantly released through human activities, particularly in industries such as steel, cement, and gold production. It exists in various forms—elemental, inorganic, and organic—with methylmercury (MeHg) being particularly toxic and prevalent in aquatic food chains due to its higher bioavailability.
The transformation of inorganic mercury into methylmercury in aquatic environments, primarily through microbial methylation, is a critical process influencing mercury’s environmental cycling and toxicity. Methylmercury accumulates in benthic organisms and subsequently biomagnifies through the food chain, posing risks to top predators, including humans. Research indicates that wetlands, especially those with floating aquatic plants, significantly contribute to methylmercury production. Given mercury’s resilience in ecosystems, effective remediation strategies, such as oxidation, reduction, and adsorption, are essential for mitigating its impact. Understanding the mechanisms of mercury accumulation and finding effective pollution control methods are urgent priorities for safeguarding environmental and human health.
Discussion
The discussion highlights the ecological importance of periphyton in the context of mercury pollution, emphasizing its role as a microbial community that not only serves as a primary producer in aquatic ecosystems but also acts as a significant bioaccumulator of mercury. Periphyton, composed of algae, bacteria, fungi, and extracellular polymeric substances (EPS), facilitates the binding and transformation of mercury through various functional groups present in its EPS. This community is critical for understanding mercury’s biogeochemical cycling, as it influences mercury speciation, bioavailability, and the associated ecological risks. The presence of mercury methylating bacteria, such as sulfate-reducing bacteria (SRB), within periphyton underscores its dual role in both concentrating mercury and facilitating its methylation, which poses risks to aquatic food webs.
Additionally, the paper discusses the mechanisms of mercury bioadsorption by periphyton, which involve complex interactions between chemical and physical processes mediated by the diverse functional groups in EPS and microbial cell walls. The adsorption behavior is characterized by a two-stage process: rapid extracellular adsorption followed by slower intracellular accumulation. Environmental factors, such as pH and temperature, significantly influence these adsorption mechanisms, with optimal conditions enhancing the efficacy of mercury sequestration. The findings suggest that understanding the interactions between periphyton and mercury is essential for developing strategies to mitigate mercury pollution and its ecological impacts, particularly as human activities continue to exacerbate mercury emissions.