以下是利用自然监测污染水平的方法

Honey bees can be used to monitor pollution because they collect environmental samples as they forage for food.
Honey bees can be used to monitor pollution because they collect environmental samples as they forage for food.Image: Pexels/C.T. PHAT
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  • 生物监测(蜜蜂、家麻雀和猛禽)有助于我们更好地了解污染物和污染物质的存在、吸收与扩散情况。

  • 开展更全面的监测(包括利用蜜蜂进行监测),将使我们能够更迅速、更有效地应对环境健康挑战。

我们的城市是工作、工业和居住活动密集的复杂区域。这往往使人难以确定各类污染物在城市中的扩散情况。

这可能令人担忧,尤其是越来越多的证据表明,不存在“安全”限值,对许多我们日常生活中使用的化学品而言都是如此的接触量。污染、食物、水与人类健康之间的关联进一步加剧了这些担忧。

检测土壤或灰尘中的污染物是一个良好的开端。但这只能告诉我们采样地点的污染物含量。我们的两项新研究利用后院蜜蜂,更好地监测了城市环境中的污染情况。

生物监测的热潮

在了解污染状况方面,蜜蜂可以替我们完成大量艰苦的工作。蜜蜂在采集花蜜、花粉和水分时,会不断从环境中吸附污染物。由于我们了解蜜蜂的寿命和大致觅食范围,化学分析便能呈现其觅食区域在特定时间内的污染物水平概况。

觅食的蜜蜂会吸附环境中的污染物。Image: Mark Patrick Taylor

在后院养蜂人的协助下,我们的两项研究追踪了两个城市中心的有毒金属和抗微生物药物耐药基因:澳大利亚悉尼,以及新喀里多尼亚努美阿。

欧洲蜜蜂长期以来被用作哨兵物种,用于监测病虫害,包括瓦螨以及机场的化学物质。蜜蜂还可用作生物监测工具,用于了解我们城市环境中的污染物。

随着城市养蜂的普及,关于蜜蜂生物监测多种污染物的研究日益增多,涵盖金属、农药以及所谓的“永久性化学物质”(即PFAS)在蜂蜜中的含量。

蜜蜂能有效采集环境样本,并将其带回全城各地的蜂巢。Image: Mark Patrick Taylor

蜜蜂如何帮助我们绘制污染分布图

蜜蜂能够揭示那些原本可能被忽视的污染分布规律。

在努美阿,我们利用蜜蜂绘制了当地镍冶炼厂的影响范围。我们发现,与该冶炼厂相关的金属——镍、铬和钴——在冶炼厂附近含量较高,并随距离增加而降低。

鉴于冶炼厂是主要污染源,这一结果或许并不令人意外。然而,将蜜蜂数据与土壤和灰尘样本进行比较后发现,蜜蜂是冶炼厂污染最灵敏、最有效的指示物。

通过绘制悉尼蜜蜂体内微量金属的分布图,我们得以考察其觅食范围内导致金属污染的具体因素。对于神经毒性金属铅,我们发现居住和工业活动是主要影响因素,尤其是在人口密集的内城区。

相比之下,人口较少的地区以及公园或农场面积较大的区域,锰含量较高。这很可能源于天然土壤和农药的使用。

我们还研究了蜜蜂如何帮助我们了解新出现的问题,例如抗微生物药物耐药性(AMR)基因的传播。这是城市地区的一个关键问题,其成因是抗生素的滥用和过度使用。

我们发现,这些AMR基因在悉尼十分普遍——在所检测的蜜蜂中,83%至少摄入了一种或多种我们所检测的基因。其来源与工业活动关联不大,而更多与蜜蜂可饮水的水体面积有关。这可能是因为这些基因可通过人类废水和地表径流进入环境,随后被觅食的蜜蜂吸收。

蜜蜂很可能是从受居民住宅径流或废水污染的水体中摄入了抗微生物药物耐药基因。Image: Shutterstock

污染物如何影响蜜蜂?

我们还想知道,含有污染物的蜜蜂是否确实摄入了这些污染物。我们的分析表明,污染物会随时间在蜜蜂体内积累,而非附着于其体表。我们比较了经清洗和未经清洗的配对样本中的金属浓度,两者并无差异,这表明污染物存在于蜜蜂体内。此外,在生命末期死亡的老年蜜蜂中,金属浓度高于年轻蜜蜂。

通过高分辨率成像,我们发现蜜蜂体表仅存在有机非金属颗粒。这可能是因为蜜蜂具有非常良好的自洁习性。这些行为还能使蜂巢免受觅食蜜蜂带入的寄生虫和真菌的侵害。

努美阿蜜蜂的扫描电子显微镜图像。凡能辨识的颗粒,均被确认为非金属物质。

研究表明,接触包括金属和新烟碱类杀虫剂在内的污染物会损害蜜蜂的发育、觅食能力和存活率。

那么它们的蜂蜜中含有什么?

蜂蜜生产者和消费者都希望了解自己的蜂蜜是否可以安全食用。我们此前曾发现,部分商业蜂蜜掺有糖浆,而这项新研究则聚焦于蜂蜜中可能具有毒性的微量金属。我们此前已发现,

好消息是,我们在蜂蜜中发现的微量金属含量极低,不构成风险。在努美阿,冶炼厂的主要相关元素镍在蜂蜜中的含量比在蜜蜂体内低30多倍。

我们在采矿城镇澳大利亚布罗肯希尔也得到了类似结果,其蜂蜜中的铅含量比蜜蜂体内低十倍。

返回蜂巢的蜜蜂由维多利亚环境保护局(EPA Victoria)收集,以分析其觅食时吸附的污染物。Image: Ian Travers

蜜蜂并非唯一的生物监测工具

这项工作的成果促使维多利亚环境保护局(EPA Victoria,我们均隶属于该机构)在其持续进行的环境污染物研究中,探索利用生物监测工具(蜜蜂、家麻雀和猛禽)。作为一家以科学为基础的监管机构,环保局利用此类研究更好地了解污染物的存在、吸收与扩散情况,并保护环境与人类健康。

地球正面临多重相互交织的环境挑战,包括生物多样性丧失、气候变化、人口增长以及普遍存在的化学污染。开展更全面的监测(包括利用蜜蜂进行监测),将使我们能够更迅速、更有效地应对环境健康挑战。

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