利用鱼类胚胎敏感性探测水质细微污染

日前，研究人员利用出生几天鱼类胚胎的敏感性作为工具，有效地探测到有害化学物质。

美国普渡大学研究员马歇尔·波特菲尔德称，胚胎发育鱼类对污染物质和受压状态下会变得十分敏感，通过测量处于胚胎发育鱼类的耗氧等级，可以揭示在污染物变得恶化或构成真实损害之前有毒物质的详细等级水平。它可用于探测环境污染或生物武器的早期预警系统。据悉，波特菲尔德是农业和生物工程学副教授。他指出，呼吸作用作为动物和其他有机生物体燃烧氧气形成能量的一个过程，是鱼类身体功能受污染物影响的首要表现。该技术使用纤维光学很快地监控短时间内活跃性和实验结果。

波特菲尔德说，“当你暴露于普通性感冒病毒时，在你的感冒症状形成和你意识到病毒的存在时，病毒可能已攻击了你的身体细胞。同样地，鱼类和其他有机生命体在行为性改变之前已遭受了污染物影响，我们的这项最新技术的作用相当于早期预警系统，能够探测到当前极难觉察到的微小变化。”

这项研究报告发表在上周出版的《环境科学与技术》(Environmental Science and Technology)杂志上，采用胚胎鱼类探测方法可以发现多种普通污染物质，比如，使用较广泛的除草剂阿特拉津(atrazine)，其探测敏感性十分有效，甚至能探测到低于或接近美国国家环境保护局(EPA)的标准，包含轻微含量污染物的水质可以相当于饮用水。该研究报告负责人普渡大学林产和自然资源学副教授玛丽斯·塞普尔维达说：“这意味着此项技术不仅有助于监控环境质量，还可以用于加强重要水质标准。”她还指出，当重金属镉当前低于美国国家环境保护局限制水平的60倍时，胚胎鱼类在呼吸过程中仍可探测到显而易见的变化。在整个研究过程中，污染物质并不会损坏实验室喂养的黑头呆鱼(fathead minnows)胚胎，作为常见的研究实验鱼类，黑头呆鱼胚胎在污染物变得致命之前可探测到微妙的水质变化。

该研究报告作者之一、普渡大学博士生布赖恩·桑切斯称，在该实验中，研究人员第一次手动安装了一种微型光学电极，或者是光纤化学传感器，这种直径仅1.5毫米的光学电极放置在刚出生两天的黑头呆鱼胚胎个体上，该电极比针头还要小。据悉，一种荧光物质涂在这个光学电极上，其光学性质可较广范围地探测到氧浓度。研究人员通过计算机控制一种发动机移动电极。其工作原理可使研究人员精确地计算出每个胚胎鱼类的呼吸状态。

波特菲尔德使用的这项自我参照技术已研制十年之久，他和研究小组在无污染物状态下对每个胚胎鱼进行了测量，他指出，这可以使每个胚胎鱼进行自我控制，提供更可靠的实验结果。

波特菲尔德称，这项技术可用于其他有机生命体，该研究合著作者之一、普渡大学研究员雨果·奥乔亚·阿库那开始将这项研究应用于一种甲壳类动物。他指出，如果该技术得到进一步改善，在未来4年内这种探测技术将投入使用。当前在实验室里这项技术测试胚胎鱼类较稳定，但如果作为一种探测工具应用于自然环境中可能存在着多变性。

同时，波特菲尔德认为这项技术还有多样性用途，他推测如果将胚胎鱼结合使用于瘤细胞，能够检测到潜在的致癌药物，或帮助发现新的治疗目标。在该研究中，这项技术探测到5种常见污染物中的4种：阿特拉津、镉、五氯苯酚(一种抗真菌污染性药物)和氰化物，只是黑头呆鱼胚胎未探测到低含量的马拉息昂杀虫剂，其原因可能是黑头呆鱼要求更多的时间探测马拉息昂的污染性质。

据了解，通过直接阻止或对有机物质施加压力，有毒物质能够减缓有机生命的呼吸，导致生命体需要燃烧更多的能量从而提供为了抵御压力的能量。塞普尔维达称，目前最广泛使用的类似监控技术是监控腮部活动状态和其他安装电极的大鳍鳞鳃太阳鱼活动性，从而确保该鱼类的安全生存。但与之相比，普渡大学提出的这一研究理论具有很大的优势，它记录了敏感生命阶段的呼吸作用，以及光学装置并不会消耗氧气。这项研究非常令人欣慰，它能够成为保护人类健康的一项潜在应用工具。