杀虫剂滴滴涕(DDT)因在食物链中向上移动而臭名昭著,除了其他危害外,它还使秃鹰蛋的蛋壳变得像纸一样薄。这种致癌物以很小的浓度进入食物链,但由于其能够隐藏在脂肪分子中,因此随着它从藻类到幼虫到鱼类再到鹰的转移,浓度越来越高(这一过程称为生物放大),最终导致其在1972年被美国禁用。为了避免未来出现类似的危险,政府和化学家已经开始评估数千种日常化学物质,通过测量它们在水中与在脂肪中的溶解难易程度来评估其安全性。那些容易溶解在水中的物质通常不会在食物链中积累。
但这种方法完全忽略了地球食物网的一大部分:从啮齿动物到人类的呼吸空气的动物。一项新的研究测量了化学物质从肺部进入空气的容易程度,以及它在脂肪和水中溶解的容易程度。《科学》杂志报道的这项研究表明,如果不是水生动物,那么数千种化学物质可能能够在呼吸空气的动物中积累。
不列颠哥伦比亚省西蒙弗雷泽大学的环境毒理学家弗兰克·戈巴斯领导了这项研究,他解释说,大量相对容易溶解在水中的化学物质在空气中不容易分解,而是“特别在非水生食物网中积累:哺乳动物、鸟类、人类”。“在哺乳动物和人类中,我们不呼吸水,我们呼吸空气。”
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戈巴斯和他的同事研究了加拿大政府正在审查的约12,000种化学物质,以确定它们对环境和健康的影响;他们发现,多达三分之一的化学物质可能存在在呼吸空气的动物体内积累的危险。例如,林丹这种农药既用于农业,也用于治疗头虱,它没有在鱼类体内积累,但在食用驯鹿的加拿大狼体内积累了,而驯鹿又在食用地衣。“目前正在使用的所有商业化学物质中,大约有三分之一属于这种可能发生生物放大的化学物质,”戈巴斯说。“在加拿大,这将是三到四千种。而且我们的化学物质清单与美国和欧盟的化学物质清单相比要小得多。”
戈巴斯说,全球化学物质总数可能高达10,000种,但他强调,即使不是全部,大多数也会被证明是良性的,因为许多可能会被细胞过程分解。不幸的是,这种代谢过程在很大程度上是一个谜。“我们不太擅长预测或测量化学物质被生物体分解的速度,”戈巴斯承认。“对于商业中的90%以上的化学物质,都缺少[代谢]信息,这是一个大问题。”
潜在的危险化学物质包括从农药到用于香水和织物的化学物质。了解细胞过程如何分解这些化学物质是至关重要的下一步。“多年以后,我们希望将[代谢转化率]与物质的物理、化学性质联系起来,”戈巴斯说。“根据结构,我们希望有一种更好的方法来估计代谢率,从而更好地估计生物积累能力。”同时,他认为,测试化学物质的空气传播和水传播的生物积累潜力可能是有意义的。