在这个快速变化的地球上，健康的海洋如何改善人类健康并增进福祉？

海洋的生物多样性十分丰富，通过提供新药和新生物技术，为增进人类健康和福祉提供了巨大的机遇。然而，我们能否抓住这些机遇，完全取决于海洋的健康。

海洋生物多样性目前正面临威胁。如果人类不采取紧急行动保护这种生物多样性，更多的海洋物种将会消失，这些生物所拥有的遗传和生物学秘密将永远消失，它们对人类健康和福祉的潜在益处也将永远无法实现。

以可持续、合乎道德和公平的方式探索、保护和管理海洋生物多样性的行动，极有可能产生新药和新生物技术，造福人类的健康和福祉。

海洋生物多样性对人类健康的益处

海洋是丰富多样生命的家园。在目前已知的 42 个生物门类（生物体的主要群体）中，超过 80% 仅存在于海洋中（Katona 等人，2023 年）。这些物种栖息在种类繁多的生态系统中。生活在海洋中的生物进化出了独特的化学、物理和行为适应能力，这些能力在地球上其他地方是看不到的，对人类来说具有巨大的希望。

与大多数陆地物种相比，海洋生物有更长的时间来适应环境，因此有更多机会获得独特的遗传特征并发展出各种代谢和化学适应能力（Voser 等人，2022 年）。在海洋生物所表现出的特征中，很有可能找到解决各种问题的生物技术补救措施（Carroll 等人，2023 年）。

对海洋生物独特特征的研究已经带来了科学突破、新知识和一系列有用的产品，这些产品改善了人类的健康和福祉（从替代止痛药到可以预防慢性病的微量营养素，再到超强复合材料）（完整列表见 Rotter 等人，2021 年）。这些进步已经转化为海洋生物技术、生物医学和药物发现领域的数千个新工作岗位。它们每年创造了数百万美元的收入；仅海洋衍生药物的市场价值目前就达到 $41 亿美元，预计到 2033 年将达到 $91 亿美元（Fact.MR，2023 年）。到目前为止，这些进步主要惠及全球北方的人们（尤其是跨国公司），而这些发现的许多起源地中低收入国家（LMIC）几乎没有得到任何好处（Blasiak 等人，2018 年）。

如果要让新的生物技术、医药产品继续从海洋中产生，让海洋经济继续增长，我们必须有智慧和勇气建立跨部门、跨国界的伙伴关系，保护海洋，优先考虑人类健康和福祉。这些合作将有效地保护和管理海洋丰富的生物多样性，确保所有人和子孙后代都能可持续和公平地利用海洋资源。

人类健康的关键机遇

来自海洋的药物

据估计，在海洋生物（包括海洋细菌、真菌、鱼类和无脊椎动物）中发现了 30,000 种独特分子，约占目前已知所有天然产物的 10%（Lindequist 2016）。这些材料在生物医学和生物技术中具有无数的潜在应用。迄今为止，已有 23 种获批的药物是从海洋分子中开发出来的，另外还有 33 种药物正在临床试验和开发中（Antunes 等人 2023 年）。它们已经用于治疗炎症、免疫系统疾病、皮肤病、传染病和癌症（CHEMnetBASE nd；Pascual Alonso 等人 2023 年）。

作为独特海洋分子的一个例子，Plitidepsin（一种从海鞘 Aplidium albicans（Milne Edwards 1841）中提取的分子）已被用于治疗白血病和淋巴瘤。在 COVID 大流行期间，在对重症 COVID 患者的有限临床试验中发现它是有效的（White 等人，2021 年）。芋螺毒素（从捕食性芋螺中分离出的神经毒素）是强效止痛药 Ziconotide® 的基础（Safavi-Hemami 等人，2019 年）。案例研究 1 描述了从海洋蓝藻中成功开发抗癌药物的过程。

河豚毒素是一种生物活性分子，来源于海洋微藻等生物体（Chau 等人，2011 年）。河豚毒素是一种高剂量的强效神经毒素，低剂量的河豚毒素正在作为局部麻醉剂缓解疼痛，并可用于治疗化疗引起的神经性疼痛和癌症相关疼痛（Cerone 和 Smith，2021 年）。它还可以减轻阿片类药物成瘾的戒断症状（González-Cano 等人，2021 年）。

在可预见的未来，我们可以期待更多基于海洋化合物的新药物。这些化合物的经济潜力巨大，但前提是进行公平、合乎道德和可持续的探索。

海洋绿色化学

海洋生物作为“绿色化学”中新型催化剂的来源前景广阔，“绿色化学”旨在利用天然催化剂（例如酶）及其过程来产生当前由传统“棕色化学”进行的化学反应（后者通常基于来自化石碳的持久性和污染性化学物质）。

海洋催化剂包括海洋纤维素酶，它可以分解纤维素（例如木材），这是地球上最丰富的有机化合物。人们还发现了其他海洋微生物酶，它们可能能够降解微塑料（尽管有毒塑料添加剂仍然是一个挑战）（Zhai 等人，2023 年）。

这些材料具有产生绿色生物产品的潜力，可用于医药、能源、食品化学和农业（Navvabi 等人，2022 年），因此引起了人们的极大兴趣。

案例研究1.来自海洋蓝藻的抗癌药物

蓝藻（蓝绿藻）是地球上大约 20 亿年前出现的一类古老生物。一些蓝藻能够大量生产生物活性物质，而一些蓝藻捕食者（如海蛞蝓）能够积累这些生物活性化合物，并利用它们来防御捕食者。从海蛞蝓中提取的几种蓝藻化合物在治疗癌症等疾病方面具有巨大潜力。

资源：

作者，西雅图遗传学公司

多拉司他汀 10 的发现及其作为抗癌药物的应用

多拉司他汀 10（图 CS-1.1）是一种天然产物，最初在印度洋海参 Dolabella auricularia（Lightfoot 1786）中发现，由海洋蓝藻产生（Pettit 等人 1987；Luesch 等人 2001）。多拉司他汀 10 具有极强的抗肿瘤活性。由于自然界中含量极少，最初推迟了其作为抗癌药物的开发，但实验室合成为继续开发提供了大量供应。

目前有六种不同的多拉司他汀 10 抗体药物用于治疗各种癌症，包括淋巴瘤和癌。另有十几种相关药物正处于不同阶段的临床评估中，用于治疗其他形式的癌症。

零废弃产业

使用海洋资源制造的食品补充剂、燃料和纳米颗粒等产品产生的废物和二氧化碳可能比通过其他制造工艺产生的废物和二氧化碳更少（Vijayan 等人，2016 年；Pessarrodona 等人，2023 年）。例如，海洋浮游植物是多不饱和脂肪酸的丰富来源，尤其是长链 omega-3 脂肪酸（Cerone 和 Smith，2021 年）。这些营养和经济价值高的脂肪酸可以可持续收获，并且可以通过纳米封装稳定和分配，以显著减少水产养殖用途的废物（Hosseini 等人，2021 年）。

海洋微藻也被广泛研究作为特种脂质的新来源，包括可用作能源（例如生物燃料）的脂质（Maeda 等人，2018 年）。

仿生学

仿生学是一种“基于自然的解决方案”（NBS）策略，旨在根据生物的独特适应性创造新技术。在海洋生物技术的背景下，其目标是创造受海洋启发的可持续设计解决方案和环保产品。一个例子是一种极其坚固耐用的复合材料，具有多种用途（例如飞机、汽车、医疗设备），其灵感来自螳螂虾壳中存在的螺旋状几丁质层（图 2）（Rivera 等人，2020 年；Xin 等人，2021 年）。

海藻的多种用途

海洋海藻为蓝色生物技术提供了丰富的机遇。例如，案例研究 2 描述了将海藻开发成生物塑料，作为目前污染海洋的化石燃料衍生塑料的潜在可持续替代品（图 3）。

养殖海藻在食品、化妆品和医疗方面具有很高的价值（Naylor 等人，2021 年）。海洋藻类富含必需营养素（类胡萝卜素、维生素和酚类抗氧化剂），因此可能有助于缓解许多沿海人口营养不良的饮食；这些材料可以使用具有社会意识、环境和经济可持续的水产养殖方法生产，也可以通过大规模工业生产生产（Wells 等人，2017 年）（见第 2 节）。大规模海藻生产是非化学农业肥料的潜在来源，因为海藻含有可以促进作物生长的代谢物（Nabti 等人，2017 年）。一种红藻属 Asparagopsis（Montagne 1840）正在被探索作为奶牛和肉牛的补充剂，因为它可以显着减少它们的甲烷排放；反刍动物产生的甲烷约占全球人为温室气体排放量的 15%（Roque 等人，2021 年；HoeghGuldberg 等人，2023 年）。

资源：

改编自 Xin 等人（2021 年）。

案例研究 2. 海藻转化为生物塑料

人类对塑料的依赖日益严重，这不仅影响海洋健康，还通过塑料生命周期每个阶段释放有害合成化学物质和有毒污染物影响人类健康（Landrigan 等人，2023 年）。目前，超过 98% 的塑料都是由化石碳制成的：煤、石油和天然气。全球塑料产量呈指数级增长，预计到 2040 年将翻一番，到 2060 年将翻三倍。随着化石燃料行业转向塑料生产，全球对化石燃料的需求下降是塑料产量增加的重要驱动力。

生物塑料为减少塑料使用提供了一条过渡途径。生物塑料是一种“绿色材料”，由富含碳的植物或海藻材料制成，可在从热带到高纬度的许多沿海地区的各种环境中种植。印度尼西亚目前是海藻生物塑料行业的全球领导者，最近至少有两家公司（EVOWARE® 和 Biopac®）崛起。

由海藻制成的生物塑料对海洋和人类健康可能比石油基塑料更安全（图 CS-2.1）。如果管理得当，新兴的海藻生物塑料行业有可能促进从有害工业实践向环境友好型工业实践的道德转变（Lomartire 等人，2022 年）。

两家法国公司（ERANOVA® 和 Algopack®）采用的另一种生物塑料生产方法是利用两种海藻（Ulva spp. 和 Sargassum spp.），这两种海藻由于人类有害行为和气候变化而在沿海地区大量存在。收获它们既有助于解决新出现的环境问题，又能提供替代石油基塑料的原材料（Orr 2013；Orr 等人 2014）。

监测生物塑料的毒性和环境命运及持久性非常重要，以确保它们能够履行作为石油基塑料更安全替代品的承诺。

资源：

作者。

当前知识和未来机会的局限性

随着海洋因人类压力而发生变化，海洋物种无可挽回地消失，我们正在迅速失去了解其令人难以置信的生物多样性的机会。我们对小分子生物活性化合物在产生它们的生物的生态中所起的作用、它们的产生如何控制以及它们如何造福人类的理解极其不准确和不完整（Karthikeyan 等人，2022 年）。我们对物种将如何适应并可能在这些不断变化的条件下生存、哪些物种将消失以及哪些物种可以拯救也知之甚少。

关于海洋生物的非凡生物多样性背后的 DNA 蓝图，我们掌握的信息甚至更少。例如，地球上已知的 150 万种动物中，只有 3,300 种，已知的约 27,000 种藻类中，只有约 220 种的基因组 DNA 已完全测序（Hanschen 和 Starkenburg 2020；Hotaling 等人 2021）。迫切需要定期进行生物多样性清查，对适应性特征进行详细的生化研究，并启动加速进化研究，所有这一切最好通过合乎道德的公私伙伴关系来实现。开放这些数据对于提供公平、可持续和创造性的开发和所有人的使用至关重要，而不是由少数人拥有和使用（Blasiak 等人 2018）。

如果我们想要成为自然界的好管家，如果我们想要发现并生产足够的有用绿色药物和绿色化学品以满足人类社会的需求，那么探索未解问题至关重要。仅仅从海洋中发现新的潜在药物是不够的。我们还必须制定战略，以可持续和具有成本效益的方法，公平、合乎道德地提供所需数量的这些药物。

为了确保人类现在和将来能够充分利用海洋遗传资源，我们必须确保能够可持续地获取这一丰富的物种多样性。

利用海洋生物开发生物医学（和其他海洋生物技术）产品面临的一个关键挑战是开发这些产品需要大量时间；例如，加勒比海被囊动物 Ecteinascidia turbinata（Herdman 1880）中一种强效抗癌化合物的发现和鉴定，耗时超过 20 年。由于许多生物多样性最丰富的地方（如马来群岛）位于全球南部，因此另一个关键挑战是与当地社区和国家公平、可持续和合乎道德地共同开发这些产品。

资源：

SymbioTex nd，已获得许可。

编制生物多样性目录并测量生物多样性损失，以实现海洋保护区的适应性和可持续管理

气候和其他环境变化威胁着海洋中所有生物的生物多样性，包括生物多样性丰富的地区，例如许多海洋保护区和其他指定为保护区的地区（Bruno 等人，2018 年）。为了确保现有和未来海洋保护区的有效性，必须充分表征其生物多样性，并在空间和时间上收集高质量的监测数据（Bates 等人，2019 年）。适应战略需要纳入海洋保护区设计和管理计划（包括与当地社区合作并纳入其他有效的保护措施或 OECM）（Gurney 等人，2021 年），涉及所有生态系统和栖息地类型（Wilson 等人，2020 年），包括国家管辖范围以外的区域（Maestro 等人，2019 年）。

医学发现

由于从海洋生物中发现药物的成功率比从其他来源发现天然产物的成功率高出四倍（Sigwart 等人，2021 年），因此应加强对来自海洋生物的天然产物（包括药物）的药学特性的研究。

绿色化学和零废物方法

“绿色化学”尚处于发展初期。要将其规模化应用于工业，需要研究海洋生物的化学过程及其利用酶制造生物活性化合物的能力。

生物精炼厂利用生物质转化过程从副产品生物质（即非主要产品）中生产增值化学品（Rotter 等人，2021 年）。例如，水产养殖设施中未使用的牡蛎壳可用于制造建筑材料和生物医学支架（Gheysari 等人，2019 年）。它们还可以被磨碎并在当地小规模重新注入海洋，以稳定水产养殖的 pH 值（Chilakala 等人，2019 年）。

蓝色生物技术的跨学科研究与公平可持续发展

海洋资源的创新潜力巨大，但要实现这一潜力，需要跨学科的国际研究，从海洋生态系统的发现到实验室和工业开发，再到临床和其他应用（Schneider 等人，2022 年）。为了确保海洋资源的开发不会危及脆弱的生态系统或剥夺当地社区和低收入国家的资源，需要开展社会科学和伦理研究，并开展宣传活动，以吸引和动员广大公众（Rotter 等人，2021 年）。

行动与机遇

可以通过以下五项行动和机遇来应对上述挑战。

制定治理政策，确保可持续利用和公平获取海洋资源。 要在蓝色生物技术中可持续地利用海洋遗传资源，就需要制定适合海洋周围复杂社会生态系统的治理政策。这些政策必须符合跨学科和跨学科的科学伦理方法，例如负责任的研究和创新，并明确寻求保护人类健康和福祉。

必须以确保公平获取和公平受益的方式开发未发现的海洋遗传资源，无论这些资源位于专属经济区还是国家管辖范围以外的区域，这都符合联合国《海洋法公约》关于国家管辖范围以外区域海洋生物多样性养护和可持续利用的协议。这些资源不应集中在少数全球企业或国家手中（Blasiak 等人，2020 年）。需要制定新的合作政策，以促进中低收入国家公平获取昂贵的设备（例如研究船）、各种类型的海洋收藏、开放获取的科学数据（例如数据库）和专业知识。

创建并支持包含大多数海洋生物基因蓝图的数字 DNA 库。 一些国家和国际合作项目正在承担一项艰巨的任务，即开发地球上所有生命的基础基因蓝图的数字知识。正如地球生物基因组计划 (nd) 所指出的，这些努力的令人信服的理由是“彻底改变我们对生物学和进化的理解；保存、保护和恢复生物多样性；[和]为社会和人类福祉创造新的利益。”

这些协调一致的全球性努力，如地球生物基因组计划（nd）、国际生命条形码联盟（nd）和达尔文生命之树计划（nd），需要由多个国家联合提供稳定的国际资金。可以想象，这些项目保存的 DNA 蓝图甚至可以用来“复活”灭绝的物种。

支持生产公平、可持续的海洋生物技术产品的道德初创公司。
要将海洋生物的发现从海滩和实验室推向市场，需要跨学科的专业知识和大量资金。政府需要制定激励措施和计划，以支持和鼓励资助海洋生物技术初创公司和其他采用道德、公平和可持续政策的协调集体努力。这些投资的数额与所获得的社会和经济效益相比微不足道：长期增长潜力、创造就业机会以及海洋物种和环境的评估。

增加对公平、可持续的海洋药物发现研究的资金投入，将生物多样性的低收入国家与富裕国家联系起来。 许多海洋生物可能产生宝贵的资源，但尚未得到研究，特别是在科学基础设施不发达的地区。公平、合乎道德的国际研究伙伴关系应将生物多样性丰富的地区与科学能力强的地区联系起来，促进科学培训，建设能力，遵循良好的管理实践，遵守国际标准，承认所有国家及其人民对其遗传资源的固有权利。这些应获得广泛的财政支持。这类投资有可能促进中低收入国家的科学发展和联合国可持续发展目标的实现。

优先开发具有社会意义、经济可持续性和环境友好的海洋工艺和产品。 专家机构对已发表的文献进行评估可以确定有前景的工艺和产品（例如新型抗生素）。必须以平衡的方式考虑此类产品的影响，充分考虑政策、需求以及负面结果和意外后果。