新發(fā)現(xiàn):用魚類胚胎當(dāng)工具可探測水質(zhì)細(xì)微污染變化
據(jù)美國科學(xué)日報(bào)報(bào)道，目前，研究人員利用出生幾天魚類胚胎的敏感性作為工具，可有效地探測到有害化學(xué)物質(zhì)。
美國普渡大學(xué)研究員馬歇爾·波特菲爾德稱，胚胎發(fā)育魚類對污染物質(zhì)和受壓狀態(tài)下會(huì)變得十分敏感，通過測量處于胚胎發(fā)育魚類的耗氧等級，可以揭示在污染物變得惡化或構(gòu)成真實(shí)損害之前有毒物質(zhì)的詳細(xì)等級水平。它可用于探測環(huán)境污染或生物武器的早期預(yù)警系統(tǒng)。據(jù)悉，波特菲爾德是農(nóng)業(yè)和生物工程學(xué)副教授。他指出，呼吸作用作為動(dòng)物和其他有機(jī)生物體燃燒氧氣形成能量的一個(gè)過程，是魚類身體功能受污染物影響的首要表現(xiàn)。該技術(shù)使用纖維光學(xué)很快地監(jiān)控短時(shí)間內(nèi)活躍性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
波特菲爾德說，“當(dāng)你暴露于普通性感冒病毒時(shí)，在你的感冒癥狀形成和你意識(shí)到病毒的存在時(shí)，病毒可能已攻擊了你的身體細(xì)胞。同樣地，魚類和其他有機(jī)生命體在行為性改變之前已遭受了污染物影響，但我們的這項(xiàng)最新技術(shù)的作用相當(dāng)于早期預(yù)警系統(tǒng)，能夠探測到當(dāng)前極難覺察到的微小變化。”
這項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)表在上周出版的《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志上，采用胚胎魚類探測方法可以發(fā)現(xiàn)多種普通污染物質(zhì)，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(huán)境保護(hù)局(EPA)的標(biāo)準(zhǔn)，包含輕微含量污染物的水質(zhì)可以相當(dāng)于飲用水。該研究報(bào)告負(fù)責(zé)人普渡大學(xué)林產(chǎn)和自然資源學(xué)副教授瑪麗斯·塞普爾維達(dá)說，“這意味著此項(xiàng)技術(shù)不僅有助于監(jiān)控環(huán)境質(zhì)量，還可以用于加強(qiáng)重要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。”她還指出，當(dāng)重金屬鎘當(dāng)前低于美國國家環(huán)境保護(hù)局限制水平的60倍時(shí)，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(gè)研究過程中，污染物質(zhì)并不會(huì)損壞實(shí)驗(yàn)室喂養(yǎng)的黑頭呆魚(fathead minnows)胚胎，作為常見的研究實(shí)驗(yàn)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(zhì)變化。
該研究報(bào)告作者之一的普渡大學(xué)博士生布賴恩·桑切斯稱，在該實(shí)驗(yàn)中，研究人員第一次手動(dòng)安裝了一種微型光學(xué)電極，或者是光纖化學(xué)傳感器，這種直徑僅1.5毫米的光學(xué)電極放置在剛出生兩天的黑頭呆魚胚胎個(gè)體上，該電極比針頭還要小。據(jù)悉，一種熒光物質(zhì)涂在這個(gè)光學(xué)電極上，其光學(xué)性質(zhì)可較廣范圍地探測到氧濃度。研究人員通過計(jì)算機(jī)控制的一種發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)電極。其工作原理可使研究人員精確地計(jì)算出每個(gè)胚胎魚類的呼吸狀態(tài)。
波特菲爾德使用的這項(xiàng)自我參照技術(shù)已研制十年之久，他和研究小組在無污染物狀態(tài)下對每個(gè)胚胎魚進(jìn)行了測量，他指出，這可以使每個(gè)胚胎魚進(jìn)行自我控制，提供更可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
波特菲爾德稱，這項(xiàng)技術(shù)可用于其他有機(jī)生命體，該研究合著作者之一的普渡大學(xué)研究員雨果·奧喬亞·阿庫那開始將這項(xiàng)研究應(yīng)用于一種甲殼類動(dòng)物。他指出，如果該技術(shù)得到進(jìn)一步改善，在未來4年內(nèi)這種探測技術(shù)將投入使用。當(dāng)前在實(shí)驗(yàn)室里這項(xiàng)技術(shù)測試胚胎魚類較穩(wěn)定，但如果作為一種探測工具應(yīng)用于自然環(huán)境中可能存在著多變性。
同時(shí)，波特菲爾德認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)還有多樣性用途，他推測如果將胚胎魚結(jié)合使用于瘤細(xì)胞，能夠檢測到潛在的致癌藥物，或幫助發(fā)現(xiàn)新的治療目標(biāo)。在該研究中，這項(xiàng)技術(shù)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(shí)間探測馬拉息昂的污染性質(zhì)。
據(jù)了解，通過直接阻止或?qū)τ袡C(jī)物質(zhì)施加壓力，有毒物質(zhì)能夠減緩有機(jī)生命的呼吸，導(dǎo)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(dá)稱，目前最廣泛使用的類似監(jiān)控技術(shù)是監(jiān)控腮部活動(dòng)狀態(tài)和其他安裝電極的大鰭鱗鰓太陽魚活動(dòng)性，從而確保該魚類的安全生存。但與之相比，普渡大學(xué)提出的這一研究理論具有很大的優(yōu)勢，它記錄了敏感生命階段的呼吸作用，以及光學(xué)裝置并不會(huì)消耗氧氣。這項(xiàng)研究非常令人欣慰，它能夠成為保護(hù)人類健康的一項(xiàng)潛在應(yīng)用工具。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
