利用魚類胚胎敏感性探測水質細微污染

日前，研究人員利用出生幾天魚類胚胎的敏感性作為工具，有效地探測到有害化學物質。

美國普渡大學研究員馬歇爾·波特菲爾德稱，胚胎發育魚類對污染物質和受壓狀態下會變得十分敏感，通過測量處于胚胎發育魚類的耗氧等級，可以揭示在污染物變得惡化或構成真實損害之前有毒物質的詳細等級水平。它可用于探測環境污染或生物武器的早期預警系統。據悉，波特菲爾德是農業和生物工程學副教授。他指出，呼吸作用作為動物和其他有機生物體燃燒氧氣形成能量的一個過程，是魚類身體功能受污染物影響的首要表現。該技術使用纖維光學很快地監控短時間內活躍性和實驗結果。

波特菲爾德說，“當你暴露于普通性感冒病毒時，在你的感冒癥狀形成和你意識到病毒的存在時，病毒可能已攻擊了你的身體細胞。同樣地，魚類和其他有機生命體在行為性改變之前已遭受了污染物影響，我們的這項最新技術的作用相當于早期預警系統，能夠探測到當前極難覺察到的微小變化。”

這項研究報告發表在上周出版的《環境科學與技術》(Environmental Science and Technology)雜志上，采用胚胎魚類探測方法可以發現多種普通污染物質，比如，使用較廣泛的除草劑阿特拉津(atrazine)，其探測敏感性十分有效，甚至能探測到低于或接近美國國家環境保護局(EPA)的標準，包含輕微含量污染物的水質可以相當于飲用水。該研究報告負責人普渡大學林產和自然資源學副教授瑪麗斯·塞普爾維達說：“這意味著此項技術不僅有助于監控環境質量，還可以用于加強重要水質標準。”她還指出，當重金屬鎘當前低于美國國家環境保護局限制水平的60倍時，胚胎魚類在呼吸過程中仍可探測到顯而易見的變化。在整個研究過程中，污染物質并不會損壞實驗室喂養的黑頭呆魚(fathead minnows)胚胎，作為常見的研究實驗魚類，黑頭呆魚胚胎在污染物變得致命之前可探測到微妙的水質變化。

該研究報告作者之一、普渡大學博士生布賴恩·桑切斯稱，在該實驗中，研究人員第一次手動安裝了一種微型光學電極，或者是光纖化學傳感器，這種直徑僅1.5毫米的光學電極放置在剛出生兩天的黑頭呆魚胚胎個體上，該電極比針頭還要小。據悉，一種熒光物質涂在這個光學電極上，其光學性質可較廣范圍地探測到氧濃度。研究人員通過計算機控制一種發動機移動電極。其工作原理可使研究人員精確地計算出每個胚胎魚類的呼吸狀態。

波特菲爾德使用的這項自我參照技術已研制十年之久，他和研究小組在無污染物狀態下對每個胚胎魚進行了測量，他指出，這可以使每個胚胎魚進行自我控制，提供更可靠的實驗結果。

波特菲爾德稱，這項技術可用于其他有機生命體，該研究合著作者之一、普渡大學研究員雨果·奧喬亞·阿庫那開始將這項研究應用于一種甲殼類動物。他指出，如果該技術得到進一步改善，在未來4年內這種探測技術將投入使用。當前在實驗室里這項技術測試胚胎魚類較穩定，但如果作為一種探測工具應用于自然環境中可能存在著多變性。

同時，波特菲爾德認為這項技術還有多樣性用途，他推測如果將胚胎魚結合使用于瘤細胞，能夠檢測到潛在的致癌藥物，或幫助發現新的治療目標。在該研究中，這項技術探測到5種常見污染物中的4種：阿特拉津、鎘、五氯苯酚(一種抗真菌污染性藥物)和氰化物，只是黑頭呆魚胚胎未探測到低含量的馬拉息昂殺蟲劑，其原因可能是黑頭呆魚要求更多的時間探測馬拉息昂的污染性質。

據了解，通過直接阻止或對有機物質施加壓力，有毒物質能夠減緩有機生命的呼吸，導致生命體需要燃燒更多的能量從而提供為了抵御壓力的能量。塞普爾維達稱，目前最廣泛使用的類似監控技術是監控腮部活動狀態和其他安裝電極的大鰭鱗鰓太陽魚活動性，從而確保該魚類的安全生存。但與之相比，普渡大學提出的這一研究理論具有很大的優勢，它記錄了敏感生命階段的呼吸作用，以及光學裝置并不會消耗氧氣。這項研究非常令人欣慰，它能夠成為保護人類健康的一項潛在應用工具。