全球空氣汙染逐漸惡化,導致世界各地的肺癌發病率日益增加。臺灣的肺癌新病例大多發生在非吸菸者,檢視臺灣現況能為世界其餘地區提供極為有用的資訊。
人類肺臟的彩色3D電腦斷層掃描正面影像,顯示左上葉有一處癌症病灶(藍)。Scan by K H Fung, Science Photo Library
臺灣,雲林──臺灣有三分之二罹患癌症的人從未吸過菸。
楊湘梅(Xian Mei Yang,音譯)很清楚這一點。有一天她的手臂如樹枝般骨折,醫生在她的骨骼中發現癌症轉移,於是確診第四期肺癌。楊湘梅今年58歲,一生從未抽菸過,但醫生告訴她,病情已經沒有好轉的希望,她只剩下六個月的壽命。
「這怎麼可能?」她哭著說:「這種事怎麼會發生在我身上?」
未曾吸菸的肺癌患者人數在世界各地持續上升。在一項納入1萬2000名肺癌患者的美國研究中,未吸菸的患者比例在20年間從8%提高至15%。一項英國研究也發現類似結果,其中未曾吸菸的患者群體比例從2008年的13%躍升至2014年的28%。根據國際肺癌研究協會的資料,雖然這些趨勢受到多重因素影響,但有一項關鍵原因是空氣汙染。
美國已有8300萬人接觸到不良的汙染空氣,而這個數字預計在2054年增加50%。與此同時,肺癌每年導致12萬5000名美國人死亡,比乳癌、大腸直腸癌、子宮頸癌合併起來的死亡人數更多。這很大一部分原因是太晚發現,美國有74%的肺癌病例確診時已是第三期或第四期。
由於美國的吸菸率下降且空氣汙染增加,臺灣或許能提供參考模型,讓世界其他地區了解如何為未曾吸菸者建立有效的肺癌篩檢計畫。
臺北的天空受到汙染,日出時一片霧濛濛。Photograph by GoranQmin, Getty Images
世界衛生組織(WHO)秘書長譚德塞(Tedros Adhanom Ghebreyesus)說,空氣汙染是「新的菸草」。
其中最大的罪魁禍首之一是PM2.5,亦即大小為2.5微米或比一根人類頭髮小30倍左右的微粒物質。這些微小的汙染顆粒與香菸煙霧很像,都會被吸入肺內深處,進而破壞攜帶DNA的細胞,並增加癌症風險。
每年有超過30萬人因PM2.5死於肺癌,而且研究顯示,這些汙染顆粒不僅會引起致癌的基因損傷,也會促使腫瘤形成。根據一項去年發表於期刊《自然》(Nature)的研究,PM2.5會誘使一波免疫細胞進入肺部,所造成的發炎會「喚醒」EGFR突變,引起無法控制的細胞生長。
WHO的資料顯示,臺灣空氣的PM2.5含量是安全濃度的四倍,空氣汙染的來源包括汽機車排放、火力發電廠、石化製品工廠。臺大醫院雲林分院的胸腔外科醫師連冠勳表示,另外還需考量從中國飄來的有毒霧霾,或容易積聚汙染物的臺灣多山地形。
楊湘梅剛搬到阿里山山脈以西的雲林縣時,馬上就因為糟糕的空氣品質而感到不適。「我非常不舒服。」她說:「感覺就像氣喘──我根本不能呼吸。」
楊湘梅罹患腺癌,這是未曾吸菸者最常診斷出的肺癌類型。
「如果你是吸菸者,可以把肺臟想像成一袋白色彈珠,而癌症就像把一顆黑色彈珠放進裡面。」耶魯大學的胸腔外科主任丹尼爾.波法(Daniel Boffa)說:「非吸菸者罹患的癌症類型更像是放進黑色沙子。」他們的癌症通常不是一處界線清晰的病灶,反而有點模糊不清。
這些差異不一定非常明顯,但未曾吸菸者有一項優勢,因為他們有一半的肺癌病例都能用精準藥物治療,而吸菸者病例只有10%。
因此,根據臺大醫學系副系主任林孟暐的說法,醫生可以更有效標靶特定突變,並阻斷未曾吸菸者體內的腫瘤生長,而不需要依賴效果較差的地毯式轟炸技術,例如化療。
他說,由於兩者的癌症特徵和治療如此迥異,「應將未曾吸菸者的肺癌視為不同類型的疾病」。
因為大眾普遍認為肺癌只由吸菸引起,所以未曾吸菸者往往沒有留意自己的疾病,直到末期才發現。
曾任臺大校長的胸腔科醫師楊泮池說,由於肺臟幾乎沒有神經末梢,「最常見的肺癌症狀就是完全沒有症狀」。
肺癌篩檢是及早發現此疾病的方式之一,但在2011年,肺癌篩檢效用的唯一證據是美國國家肺癌篩檢試驗(National Lung Screening Trial),這項試驗聚焦於重度吸菸且主要為白人的群體。
「我們不能直接按照美國白人族群的標準執行篩檢計畫。」楊泮池說:「否則我們絕對會遺漏那三分之二未曾抽菸的癌症患者。」
於是,楊泮池在2015年發起臺灣非吸菸者肺癌篩檢試驗(Taiwan Lung Cancer Screening in Never-Smoker Trial,TALENT),對具有風險因子(例如家族病史或烹飪時未使用抽油煙機)但幾乎沒有或完全沒有吸菸史的民眾進行篩檢。(林孟暐說,這項試驗沒有研究空氣汙染,原因是它與肺癌的關係眾所皆知,且暴露情形很難量化。)
TALENT試驗收集超過1萬2000名參與者的資料之後,楊泮池在2021年的世界肺癌大會上發表結果,顯示他們在每100名接受篩檢的未曾吸菸患者中發現2.1個肺癌病例。相對來說,美國國家肺癌篩檢試驗在參與者中發現1.1%的肺癌病例,但這項試驗僅對具有重度吸菸史的民眾進行篩檢。楊泮池說:「我們的標準可能更有效。」
目前已有真實世界證據顯示,臺灣的肺癌篩檢有助於早期發現腫瘤。在臺大醫院,第三期和第四期肺癌的確診數從2006-2011年的71%下降至2015-2020年的34%,這種差異的原因就是早期診斷。
楊泮池強調,這表示早期診斷能挽救性命,肺癌的整體五年存活率增為兩倍多,從22%上升至55%。
相較之下,美國的肺癌存活率目前為25%。
鑑於這些結果,臺灣在2022年7月啟動國家篩檢計畫,分別為具有重度吸菸史的民眾及具有肺癌家族病史的未曾吸菸者建立檢查途徑。
同樣是胸腔外科醫師的林孟暐將這種情況比喻為粽子:每顆都獨立包裹卻又繫成一串。「只要發現一個病例,就能找到一群病例。」林孟暐說:「如果家族中出現一名帶有症狀的晚期患者,這個最先出現的患者就能拯救其他人。」
舉例來說,賴順琴(Shun-Ching Lai,音譯)患有肺癌,她的丈夫、兒子、女兒也都有肺癌。家中只有她的丈夫抽菸,他因為出現胸悶和咳嗽的症狀而最先確診,結果是無法手術的第四期肺癌。不過,這促使其他家人接受篩檢,並發現他們都有第一期或第二期肺癌。賴順琴說:「我們三個人都是由林教授進行手術。」
她的兒子說:「我們努力向其他人宣傳,應該盡可能接受篩檢。我們希望親朋好友能及早發現肺癌。」
除了口耳相傳這則消息之外,臺灣政府也將篩檢視為優先要務,他們意識到篩檢不僅是挽救生命的機會,也是節省金錢的機會。
楊泮池說:「我國的全民健康保險花費大部分資源照顧肺癌患者,但結果還是很差。大多數患者依然早早過世。」美國也有類似趨勢,第一期肺癌的治療成本中位數為2萬5000美元,但第四期肺癌的治療成本高達21萬美元,存活率卻只有8%。
因此,肺癌篩檢廣告席捲臺灣的電視節目、電臺廣播、報紙,並受到前副總統陳建仁等患者的支持。臺大癌醫中心的篩檢主任邱鏡銘說,醫院會聯絡民眾以告知肺癌篩檢相關資訊,並向走進醫院的民眾發放宣傳冊。臺灣政府也依據醫院的篩檢計畫成效來決定癌症治療給付。
相對而言,多達62%的美國人不知道肺癌篩檢的存在。加州大學洛杉磯分校的放射科醫師艾希莉.帕斯佩(Ashley Prosper)說,雖然美國常常見到粉紅絲帶,民眾對乳癌篩檢的意識也日益高漲,但目前肺癌並沒有類似的宣傳活動。因此,民眾通常不會與基層醫療人員談到肺癌篩檢,而且由於每位患者的看診時間是15-20分鐘,醫生通常也不會提起肺癌篩檢。
但在臺灣,如果患者認為自己符合資格,就會主動尋求肺癌篩檢。
加州大學舊金山分校的流行病學家史嘉蕾.戈梅茲(Scarlett Gomez)表示,這些原因合併在一起,可以解釋美國的肺癌篩檢率為何「低得令人無法接受」。符合資格的患者中,只有4.5%接受篩檢。美國計畫已經執行10年,但楊泮池表示,臺灣歷經兩年的努力,成效已經遠超美國,接受篩檢的患者比例為15%。
即使美國將肺癌篩檢列為優先事項,並推出提升大眾意識的宣傳活動,對於未曾吸菸者也毫無幫助,因為他們不符合篩檢資格。
楊泮池說:「如果你希望世界各地的肺癌控制率改善,那你需要增加資格條件以納入未吸菸族群──高風險的未吸菸族群。」
加州大學舊金山分校和紐約大學的科學家受到臺灣研究的啟發,正在努力判斷哪些未曾吸菸者屬於高風險群體,他們首先關注的是亞裔美籍女性。依據戈梅茲的研究,雖然美國高達20%的肺癌病例發生在未曾吸菸者,但罹患肺癌的亞裔美籍女性有超過一半從未吸菸過。
因此,她在2021年啟動亞裔女性未曾吸菸者研究,目的是調查基因、文化、環境方面的風險因子,例如二手菸和家族病史。紐約大學的腫瘤學家沈伊蓮(Elaine Shum,音譯)也在同年開始一項臨床試驗,向1000名未曾吸菸的亞裔女性提供肺癌篩檢。
沈伊蓮說:「最大目標是改變準則,並讓保險公司給付一部分掃描檢查。」這是因為肺癌在未曾吸菸者群體中逐漸成為主要疾病。「我們現在就需要開始為將來進行規劃。如果我們在危機發生時才有所反應,那要做出改變就太遲了。」
巴西海岸的鯊魚體內發現了用於驅動手機和電動車的元素,但來源與後續影響依舊成迷。
巴西南部海岸的鼬鯊(Galeocerdo cuvier,又稱虎鯊)吃下了大量來自手機、電動車,以及其他科技產品中的汙染物。
這些汙染物中包含了「稀土元素」。「稀土元素」是17種存在於自然環境中的金屬總稱,同時也是現代世界運作的基石。但在鯊魚體內發現的稀土元素,卻引發了人們的擔憂,尤其正值國際監管機構考慮批准深海稀土元素開採計畫,以及電子廢棄物流入海洋的情況日益嚴重之際。研究作者們指出,這是人們第一次在鯊魚體內發現這些與科技息息相關的元素。
「這個問題乏人問津。」巴哈馬伊柳塞拉角研究所(Cape Eleuthera Institute)鯊魚研究暨保育計畫的首席科學家納塔莎.沃斯尼克(Natascha Wosnick)談及環境中稀土元素數量增加時表示:「我們對〔稀土元素〕如何影響鯊魚的健康可一無所知。」
沃斯尼克曾分析過巴西外海鯊魚體內的重金屬與古柯鹼。這次,她對稀土元素及其他科技相關物質如何日益增加地進入頂級掠食者體內感到好奇,並與團隊分析了2021年和2022年間在巴西南部巴拉那州(Paraná)沿岸由家計型漁民(artisanal fisher)捕獲的12條鼬鯊。
研究團隊檢測了在這些鯊魚的大腦、眼睛、腎臟、鰓、皮膚、牙齒、肌肉、心臟和肝臟中,是否有鈦、銣及其他九種稀土元素。稀土元素因其獨特的性質,成為高科技設備的重要原料。沃斯尼克說:「我們今天所使用的所有設備中,幾乎都含有至少一種稀土元素。」除了科技設備之外,銣也是某些藥物中的一員;而鈦更是普遍應用在醫療、航太與其他科技之中。
分析結果顯示,在所有被分析的鼬鯊部位中,都含有這11種元素。研究團隊也在本月的《環境汙染》(Environmental Pollution)期刊上,發表了這項發現。
「我們開始在這些長壽動物身上,看到了長久性化學物質汙染,這並不令人驚訝。」並未參與此次研究的佛羅里達國際大學海洋生物學家馬克.邦德(Mark Bond)說。
由於缺乏海洋中稀土元素的資訊,以及對鼬鯊行為的不確定性,人們對於鼬鯊究竟是怎麼吃到這些元素的仍舊一頭霧水。儘管有些鯊魚物種會遷徙,有些物種則傾向長期停留在同一個地區,但鼬鯊卻是二者兼具:有些鼬鯊一輩子只待在同一個地方,有些鼬鯊則會突然來一趟跨越大陸的超長距離旅程。
「鼬鯊的行為模式與其他鯊魚不同,研究起來相當困難。」沃斯尼克說。
有鑑於此,人們很難確定在巴西南部海岸捕獲的這些鼬鯊,究竟是在當地吃下了這些元素,還是在牠們來到巴拉那之前,就已經在其他地方遭到汙染。
無論如何,這些在鯊魚體內發現的稀土元素,只可能來自兩種人為來源:一種來自採礦,從內陸開採的稀土與其他元素,可能經由河流與溪水流入海洋;但沃斯尼克認為,在人口稠密的巴拉那沿岸,更可能是來自缺乏監管的科技廢棄物處理。
鼬鯊可能經由魚鰓直接吸收稀土元素,或是吃下大量遭到汙染的獵物。鑑於鼬鯊幾乎什麼都吃──連靴子、車牌,甚至輪胎都不放過,沃斯尼克表示,牠們可能吞下了廢棄手機或其他含有稀土元素的設備。
但排除這些可能後,稀土元素也有可能並非來自人類工業。並未參與此次研究的蒙特婁大學暨加拿大研究講座(Canadian Research Chair)毒理生態學與全球變遷學者馬克.艾米奧特(Marc Amyot)表示,由於這些元素本來在地殼中就相對常見,因此也可能在水中具備一定濃度。
人們尚未充分瞭解這些元素會對野生動物帶來什麼影響──就鯊魚而言更是如此。
曾在加拿大北極圈魚類身上發現高濃度稀土元素的艾米奧特表示,對鯊魚來說,可能要累積到非常高濃度的稀土元素才會致命。他樂見這類對「缺乏資料的汙染物」的研究成果,並說:「我們需要深入研究這些元素,並制定相關方針,這些研究填上了重要的空白。」
雖然這些元素不會殺死鯊魚,但沃斯尼克和邦德仍擔心其他非致命的影響。沃斯尼克表示,稀土元素(特別是鈦)可能對肝臟造成氧化壓力,而鯊魚因應這類壓力所消耗的能量,可能會影響牠們的捕食或繁殖能力。
邦德也指出,科學家對「鈦」的認識略多於其他元素:鈦可能對腎臟,以及血液中氧氣進入大腦的過程造成「非常有害的影響」;一但大腦的氧氣供應異常,可能導致失去方向感,進而影響捕食等一系列問題。
好在關於「鈦」的消息也不全都是壞的。研究人員在鯊魚的牙齒中發現了「極高濃度」的鈦,沃斯尼克表示,鑑於鯊魚更替牙齒的頻率要遠高於其他動物,這可能是牠們排除這種元素的方法之一。
鯊魚是巴西當地的食材之一,通常是被兒童食用。因此,理論上這些稀土元素也可能進到人體。沃斯尼克說道:「所有的非必要元素,都可能傷害人體。」由於哺乳動物身上的脂肪通常比魚類更多,而金屬元素又容易附著在脂肪上,進而快速累積在人體中,導致人體比起鯊魚更容易受到這些元素的毒害。
艾米奧特認為,研究並沒有在鼬鯊最可能被食用的部位──肌肉中,發現足以危害人類的元素濃度。然而,靠近稀土礦區的鯊魚,體內的元素濃度可能還要更高:「如果對人類帶來食安風險,我們就必須繼續溯源。」
沃斯尼克與同事們更擔憂的是,人們缺乏稀土及其他元素,對鯊魚等海洋生物健康水準的監管方針。
隨著稀土元素及相關設備的普及,這個問題可能會越來越嚴重。邦德也擔心,負責制定海底規則的跨政府機構國際海底管理局(International Seabed Authority),正在考慮批准包含開採稀土在內的深海採礦。
「身為環境保護主義者,我們對此表達強烈抗議。」邦德表示,並進一步補充道,水下稀土礦業可能會加劇鯊魚及其他海洋生物的汙染問題。
世界最大珊瑚礁群遭遇400年來最大白化危機?澳洲最新研究發現,受人類活動造成的氣候變遷影響,大堡礁周圍的海水溫度達到400年來最高,威脅珊瑚礁生存。國內學者提醒,臺灣與澳洲珊瑚白化事件連動,需特別留意。
澳洲最新研究發現,受人類活動造成的氣候變遷影響,大堡礁周圍的海水溫度達到400年來最高。圖片來源:Unsplash
墨爾本大學等多所大學組成的團隊,7日在國際期刊《自然》(Nature)上發表最新研究,透過大堡礁珊瑚岩心與鄰近珊瑚海的岩心資料,發現大堡礁周圍的海溫創400年新高,再次證實,人類活動造成氣候變遷是海水溫度上升的主要原因之一。對此臺灣科技媒體中心(SMC)邀集學者專家,提供觀點分析這篇研究與臺灣珊瑚白化現況及挑戰。
海生館生物馴養組副研究員唐川禾解釋,研究主要解析活珊瑚過去數百年,骨骼成長過程所記錄的單年最高海表水溫資訊,藉以回溯400年來暖化過程。結果顯示海表水體於最近100年開始呈現持續增溫趨勢,到了21世紀初海溫更是急遽攀升。
澳洲研究發現,人為氣候變遷推動珊瑚海每年1月至3月期間的海溫上升。圖片來源:取自報告
國立中山大學海洋科學系副教授王志騰表示,這篇研究與目前觀察到臺灣珊瑚礁大尺度白化的原因一致,都受到人為活動所導致的氣候暖化與海溫上升影響。以過去的觀測經驗來看,臺灣與澳洲的珊瑚白化事件,幾乎是連動的,因此要特別留意臺灣的情況。
美國國家海洋及大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)8月7日的珊瑚礁監測數據顯示,臺灣鄰近海域的白化警報已達二級警戒,代表可能有大範圍的珊瑚白化,甚至伴隨敏感型珊瑚死亡的風險。
NOAA 8月7日的珊瑚礁監測數據顯示,臺灣鄰近海域的白化警報已達警報等級2。圖片來源:NOAA
中央研究院生物多樣性研究中心研究員陳昭倫指出,2023年夏季創紀錄高溫使得臺灣的珊瑚礁面臨白化邊緣,幸好睽違7年的海葵颱風來襲,使海水降溫。今(2024)年從6月持續高溫至今,臺灣周圍海域珊瑚正處於大白化的狀態。這次的凱米颱風能否帶來降溫機會,需要進一步的資料分析。
海洋科技博物館產學交流組聘用專案助理郭兆揚則補充,2024年的異常高溫確實增加了臺灣珊瑚白化的機會,但仍有小尺度以及物種的差異。例如墾丁的核三廠出水口水深5公尺以內的礁平臺珊瑚白化最嚴重,距離礁平臺10公尺外,水深9公尺處的珊瑚則無明顯的白化現象。
中央大學太空及遙測研究中心助理教授許伯駿指出,臺達電子文教基金會與海洋科技博物館在基隆選育耐熱珊瑚品種,保種和復育珊瑚;澎湖縣政府也與企業採用珊瑚三角磚復育模式,來培育珊瑚苗。然而,復育的進度可能趕不上異常的高溫,「最為關鍵的是,我們必須從海洋環境永續發展的角度出發,制定相應政策來減緩溫室氣體排放,從根本上解決問題。」
參考資料
本文轉載自「環境資訊中心」網站,內容由許多專家學者及民間環團,提供國內外環境教育與環保資訊;主題涵蓋全球變遷、溫室氣體控制、環保生活、環境汙染防治、生態保育、能源節約與能源效率、綠建築等各面向。期許能替沒有選票的山林、濕地、海洋、土地發聲。
隨著科技日新月異,研究人員開發出從寄生蟲到基因編輯的各種防治方法,試圖在不用殺蟲劑的情況下撲滅病媒蚊。
埃及斑蚊(Aedes aegypti,如圖)是多種疾病的帶原者,也會傳播引起登革熱的病毒。因此,研究人員調整了埃及斑蚊的基因,以便降低登革熱高風險地區的蚊子數量。Photograph by Joel Sartore, National Geographic, Photo Ark
人類對抗蚊子和蚊媒性疾病的戰役,目前陷入膠著。
幾十年來,人們運用殺蟲劑和蚊帳等防蚊工具,減少了瘧疾和登革熱等疾病的傳染情況。但是近年來,隨著蚊子對殺蟲劑的抗藥性提高,這些措施不但收效甚微,甚至出現反效果。同時,由於氣候變遷、氣溫改變,蚊子的活動範圍增加,導致蚊媒性疾病的傳播地區擴大。去年,美國出現了自2003年以來首例本地傳染的瘧疾病例;今年登革熱的全球感染人數也創下歷史新高。
「儘管我們用上各種工具、藥物和蚊帳,還是根除不了瘧疾。」服務於布吉納法索非營利組織「打擊瘧疾」(Target Malaria)的社會科學家莉亞.帕雷.托伊(Lea Paré Toe)表示:「所以,我們需要透過研究找出有助消滅這種疾病的新工具。」
相關研究已經在進行當中,方法從借助常見的寄生蟲,到修改蚊子的基因都有。有些新工具已經正式投入使用,但也有些工具可能還需要花費數年時間才能獲得主管機關核可。不過,未來看起來仍充滿潛力,而且這些防治方法對環境造成的負擔比起化學殺蟲劑來得少,有望開啟病媒蚊防治的新紀元。
其中,有一項新工具不是來自實驗室,而是取自大自然。
那就是沃爾巴克氏菌(Wolbachia),屬於寄生性細菌,可感染大約半數的昆蟲物種。這種寄生蟲無所不在,部分原因是它可以影響宿主繁殖,轉為對自己有利。雌蟲被感染後,會將沃爾巴克氏菌傳染給所有的雌性和雄性後代。當這些雄蟲與未受感染的雌性交配時,寄生蟲會殺死卵,加快沃爾巴克氏菌在族群中的傳染速度。
在自然情況下,埃及斑蚊並不會感染沃爾巴克氏菌。但在2009年,昆蟲學家史考特.歐尼爾(Scott O'Neill)和研究同仁發現,感染沃爾巴克氏菌會讓蚊子變得無法傳播許多病原體,包括登革熱、茲卡病毒,甚至是瘧疾。
目前科學家還不清楚沃爾巴克氏菌抑制病原體傳播的機制,不過,這並未影響歐尼爾所領導的非營利組織「世界蚊子計劃」(World Mosquito Program)開發及測試病媒蚊防治方法的決心,他們嘗試繁殖染菌的蚊子(必須小心地將沃爾巴克氏菌注射到蚊卵中),然後釋放到疫區。
自2011年以來,這項計劃已在澳洲、印尼、巴西和其他11個國家進行過實地試驗,釋放了數百萬隻蚊子。「我們通常會持續釋放蚊子,直到大約有60%的蚊子都帶有沃爾巴克氏菌為止,」歐尼爾說:「到那個時候我們就可以暫停了,剩下的就交給沃爾巴克氏菌自己來。」在許多地區,帶有沃爾巴克氏菌的蚊子可在幾年內達到族群總數的90%,不需要研究人員繼續釋放染菌的蚊子。
根據2021年在印尼日惹(Yogyakarta)進行的實地試驗結果,帶有沃爾巴克氏菌的蚊子讓登革熱病例減少了77%,住院率下降了86%。歐尼爾說,在澳洲的某些地區,「登革熱基本上已經被我們根除了。」
但歐尼爾也說,沃爾巴克氏菌在某些地方可能派不上用場,尤其是溫差大的地區。要為數百萬顆蚊卵注入沃爾巴克氏菌並散播在社區中,也有其難度;不過有新的研究顯示可運用無人機加快釋放蚊子的速度,每架無人機可以從空中散播多達16萬隻的成蚊。
其他技術則更直搗黃龍:在蚊子成年之前,就將雄蚊絕育或是殺死會叮人的雌蚊。
自從1950年代,就有研究人員嘗試透過輻射線讓雄蚊絕育,再野放出去欺騙雌蚊交配,藉此減少蚊子繁殖、防止疾病傳播。但是,用輻射線照射雄蚊,可能會導致雄蚊還沒機會交配就先死亡。
現在,有研究人員利用基因工程改造蚊子體內與繁殖或發育能力有關的基因。英國生物科技公司Oxitec已與多國政府合作,在美國佛羅里達州、巴西、非洲吉布地等幾個地區釋放了超過10億隻基因改造的蚊子。
經過改造的雄蚊帶有一種「自毀基因」,繼承這種基因的雌性後代將無法存活到成熟。Oxitec公司使用一種叫做四環黴素的抗生素來抑制經過改造的基因表現,所以他們設立於巴西的工廠每週可生產數百萬隻基改蚊子。
Oxitec公司在巴西進行實地研究,在特定地點放置蚊卵盒,從中孵化出數以千計的基改蚊子,結果不到一年就讓部分區域的埃及斑蚊數量銳減96%。
加州大學聖地牙哥分校的生物學家歐馬爾.阿克巴里(Omar Akbari)則正在嘗試其他方法,利用一種叫做CRISPR-Cas9的基因編輯工具讓雄蚊絕育。他的研究團隊鎖定了兩種基因,一種與雄蚊的生育能力有關,另一種會影響雌蚊的生存能力。結合這兩個基因之後,就能讓蚊子只產下不具生育能力的雄蚊,而且可以在蚊子生命週期的任何階段野放,包括蚊卵階段。雖然尚未進行實地測試,但阿克巴里表示,這種方法應該比Oxitec的改造方法更簡單,因為可以直接釋放出不孕的雄蚊,並且不需要使用抗生素。
根據遺傳法則,任何基因遺傳給後代的機率都是50%,這會限制改造後的基因在族群中傳播的速度。Oxitec執行長格雷.佛蘭森(Gray Fransden)表示,如此一來,研究團隊必須不斷將經過改造的蚊子釋放到需要的地區(雖然後續釋放的數量較少),才能有效控制蚊群數量。「這樣會變成需要持續維護,才能保護那個地區。」
因此,有研究人員正在設法透過基因工程去除傳播速度的限制,找出能持續更久的解決方案。
基因驅動是一種會自我複製的基因改造技術,可以改變遺傳規模,即使只有雙親其中一方帶有特定基因,也能確保該基因遺傳下去。基因驅動的原理是這樣的:研究人員使用CRISPR將驅動基因插入蚊子的染色體中,經過改造的蚊子與其他蚊子交配後,將驅動基因遺傳給後代,驅動基因就會迅速複製到後代的另一條染色體上。這種偏向性遺傳(biased inheritance)的現象,可以讓驅動基因以及相接的基因,像野火一樣在整個族群中擴散開來。
與「打擊瘧疾」合作的倫敦帝國學院研究人員費德麗卡.貝納迪尼(Federica Bernardini)表示,若透過基因驅動技術控制蚊群,只需要在蚊群中釋放相對少量的基改蚊子,之後就能透過基因驅動,用比正常進化規則快上許多的速度讓改造基因滲透到整個族群。研究人員表示:「這樣一來,就能夠不靠外力持續改造基因。」這對於瘧疾病例較多但基礎建設有限的農村地區來說,有莫大的好處。
「打擊瘧疾」希望未來幾年內能夠進行基因驅動蚊子的實地試驗。於此同時,他們在撒哈拉以南的非洲獲得當地社區幫助,得以收集疫區的蚊子,並掌握不同季節盛行的蚊子種類。Photograph by Target Malaria
「打擊瘧疾」的團隊人員目前正在研究一個叫做「doublesex」的性別基因,探討運用基因驅動技術改造這個基因的可行性。雌蚊若帶有兩個經過改造的doublesex基因,會變得無法叮人,也不能產卵,但只帶有一個doublesex基因的雄蚊和雌蚊則不受影響,科學家可以利用這點加速改造基因的散播。2021年,該團隊證明他們的基因驅動技術可以在為數約800隻的籠養蚊群中快速散播改造基因,最終在不到一年的時間內消滅帶有瘧疾病原的甘比亞瘧蚊族群。
同時,也有研究人員將目標放在引起瘧疾的寄生蟲本身,而不是蚊子。
加州大學瘧疾防治計畫(Malaria Initiative)的生物學家葛雷格.蘭扎羅(Greg Lanzaro)說:「我們對蚊子進行了基因改造,當寄生蟲在蚊子體內發育時,蚊子的基因就會攻擊寄生蟲,這樣一來蚊子就不會被感染,也不會具有傳染性。」他表示,若將蚊子從食物網中大量清除,有可能對生態造成影響,但透過這種方式就能避免。
這兩個研究團隊都正在規劃實地試驗,而試驗必須根據世界衛生組織的基因驅動測試指南來執行,相關規範當中有個關鍵是要與當地社區合作,確保當地居民了解計畫內容,並能在實施之前就相關隱憂充分溝通。
基因驅動的力量伴隨著巨大的風險,主管機關仍在努力為這項發展中的技術擬定規範,因此基因驅動的改造蚊子尚未正式野放。驅動基因可能會超出控制而傳播到並未批准使用的國家,也可能無法在實驗室之外發揮正常功效,或是在經過一段時間以後發生問題。但是無論如何,只有實地試驗才能揭露基因驅動真正的實用性,而這可能需要花上幾年的時間來揭曉。
上述的種種技術,都可能改變病媒蚊防治的未來樣貌。基因驅動或許適用於島嶼等封閉的生態系統,但未必適合位處內陸的國家。沃爾巴克氏菌可以在熱帶地區發揮作用,但在溫帶地區效果就會大打折扣。城市的居民或政府可能會不願意持續花錢製造基改蚊子。還有,無論是哪一種工具,蚊子都有可能演化出抵抗改造的能力。
「無論是哪種方式,都不是萬靈丹,」貝納迪尼表示:「不管是新招還是老方法,都可能有需要用上的時候。」
延伸閱讀:為什麼殺蟲劑其實會增加蚊子數量? / 這些驅蟲劑真的有效,前提是要正確使用!
曲紋唇魚俗稱「蘇眉魚」、「龍王雕」,在臺灣屬珍稀保育類物種,推估數量不到30尾。2019年時,海委會核准屏東科技大學與業者進口印尼蘇眉魚,合作研發繁殖技術,日前,該計畫申請業者發布繁殖技術成功,並提出希望透過放流復育,發展海底觀光資源,引發不同意見。對此,海委會特於7月31日說明蘇眉魚保育方向之規劃,強調在未完成蘇眉魚相關遺傳、生態系評估前,不應貿然進行放流復育。
海洋委員會透過新聞稿表示,保育類動物數量瀕危時,成熟的養殖技術,將有助於野生族群恢復的可能性,這也是海委會於2019年核准屏科大與業者申請案的原因之一。
至於該業者於成果發布記者會上提出之放流復育,屬於第二階段工作,海委會強調將審慎評估,包括從基因遺傳分析,確認目前復育之幼體與野外族群屬於同一物種;衡量繁養殖的幼體能否適應野外環境;確保放流地點生態的健康度,以避免放生反成為放死等。在未訂定清楚的放流復育指引,完成蘇眉魚相關遺傳到生態系的評估前,不應貿然嘗試復育放流。
海委會副主委黃向文表示,物種保育方法在於減少其瀕危威脅。蘇眉魚主要受脅原因為非法捕撈,及珊瑚礁棲地破壞。對此,禁止採捕、嚴格管制國際貿易規範,以及運用海洋保護區網絡應是優先行動,海保署也積極推動公民科學家等方式進行相關生態調查。
日前三讀通過的《海洋保育法》,在建立海洋生物復育評估指引、海洋保護區整合管理,以及海洋庇護區劃定等,都有對應條文,海洋保育署近期也將邀請專家學者集思廣益,從法制、科學調查、與資源監測等多方面,尋求周延保育方案。
該申請案業者為龍佃海洋生物科技公司(下簡稱龍佃),根據官網說明,龍佃於2019年時,向海洋委員會海洋保育署申請、獲准進口印尼蘇眉魚種魚進行人工復育,並邀請屏東科技大學水產養殖系教授共同研究,終於於7月12日召開記者會宣布研究成果。
據中央社報導,龍佃去(2023)年人工養殖場已孵化近3000多條蘇眉魚魚苗。龍佃龍佃海洋生物科技公司總經理戴奎浚接受媒體聯訪時表示,由於蘇眉魚是保育類魚種,目前還不以販售為目標,希望每年穩定產出1至2萬條魚苗,為放流作準備,未來可帶動海底觀光。
此說法引起各方不同意見討論,中華民國自然生態保育協會理事長鄭明修於記者會上表示,蘇眉長到成魚要6年以上,復育這條路可能再走3至5年都不會成功,若待其自然復育可能20至30年都不會成功。亦提及蘇眉魚是潛水界海底明星,在澳洲大堡礁1年可帶來多達50億美元觀光財,若復育成功未來綠島、墾丁也可發展海魚觀光經濟。不過他也強調魚苗是人工繁殖,放流需經多方面評估後才可進行。
中山大學海洋生物科技暨資源學系副教授劉商隱則於7月18日投書自由評論網表示,儘管過去有研究指出,蘇眉魚太平洋族群基因交流頻繁,但位於分佈邊緣仍有可能因隔離效應,形成有遺傳變異的族群。臺灣與日本位處太平洋分佈北界,極有可能受到相同隔離效應影響,而本次人工繁殖之親魚皆來自印尼,在沒有任何相關研究前,不應貿然放流。
據海保署官網介紹,曲紋唇魚(Cheilinus undulatus)被國際自然保護聯盟(IUCN)列為「瀕危」物種,主要分布於印度洋至太平洋的熱帶珊瑚礁海域。過去在臺灣各地皆有分布紀錄,但現在僅在墾丁、綠島、蘭嶼、以及澎湖珊瑚礁中發現少數個體,當中三個海域為海洋保護區(墾丁國家公園、綠島漁業資源保育區、澎湖南方四島國家公園)。
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根據一項來自中國的新研究,路燈的穩定光芒正在改變樹葉的質地,讓昆蟲覺得葉子變難吃了。
光害和霧的組合,模糊了紐約市夜晚的天際線。光害擾亂了大自然,而一項新研究發現,人工光源甚至會讓昆蟲覺得樹葉變難吃了。 Photograph by Jim Richardson, Nat Geo Image Collection
過去十年來,每年都會增加約10%的光害。因此,光害成為人類對環境造成的最重大改變之一,而全世界的昆蟲也都注意到了。
根據一項發表在《植物科學前沿》期刊(Frontiers in Plant Science)上的新研究,像路燈之類會開整夜的人工照明,會讓樹葉變得更硬、對昆蟲來說比較不好吃。這種對光合作用的影響,可能會威脅到都市中的小小食物鏈。
夜間的人工光照影響了世界各地的野生動物,也有研究顯示這些光照會影響動物的晝夜節律(circadian rhythm),干擾兩生類的繁殖、混淆了新孵化小海龜找月亮,還害遷徙的鳥類偏離航線。
當晚上有亮光的時候,昆蟲的行為也會不一樣:人工光源妨礙了螢火蟲的溝通和繁殖,有些昆蟲可能會更容易被如蝙蝠之類的捕食者看見,或是被可能害死牠們的光線吸引。
中國科學院的學者很好奇光線對昆蟲與植物間的關係會產生哪些影響。他們注意到,都市地區的樹葉被昆蟲啃咬的痕跡基本上比都市外地區的樹葉更少,所以他們分析了來自整個北京市的樹葉樣本。
在中國的一場暴雨中,路燈依舊散發出明亮的光芒。最近一項關於北京樹木的研究發現,在明亮的人工光照下生長的樹木,會長出較硬的葉片。 hotograph by xijian, Getty Images
這項研究針對的是分布在30個位於大馬路邊、晚上都有照明的地點的兩種常見行道樹槐樹(Japanese pagoda)和梣木(green ash),研究人員測量光照度,並採集葉片加以分析。他們評估了幾乎5500片樹葉,測量了包括大小、硬度和養分及化學物質的濃度,並分析這些樹葉上的昆蟲咬痕。
檢驗樹葉的組成和特點,可以告訴科學家植物在運用資源方面的許多資訊。植物會根據環境中的各種不同因素,長成不同的樣子。
「植物會把它們有限的資源(如養分、水分和能量)分配給不同的功能,像是成長、繁衍和防禦,」紐西蘭納爾遜馬爾伯羅理工學院(Nelson Marlborough Institute of Technology)的植物生態學家艾倫.席拉德(Ellen Cieraad)在電郵中說:「根據環境狀況,投資給不同類型的功能是有道理的。」像是如果周圍有很多植食動物,植物可能就會優先防衛自己,免得被吃──例如棘刺、不好吃的化學物質,或是比較硬的葉片。
就學者研究的這兩種樹來說,特定區域的人工照明愈多,就代表樹葉也愈硬。而葉子愈硬,飢餓昆蟲留下的證據就愈少。光線最強烈的地區,也更可能找不到葉子被昆蟲啃食的痕跡。
2015年,一位自行車騎士在華燈初上時分騎車穿過倫敦的櫻草花山(Primrose Hill)。人工光源可能會對大自然造成深遠的影響,打亂晝夜節律和光合作用。 Photograph by Peter Nicholls, Reuters/Redux
雖說做這項新研究的學者們並不完全理解植物為何對路燈的光芒會有這樣的反應,但他們也假設,晚上還受到人工光線照亮的樹木可能會延長它們的光合作用循環。因為植物會利用光來生長,中國科學院的生物學家、也是這篇論文的作者張霜(Shuang Zhang)解釋,夜間的人工光照可能會不自然地增加樹木進行光合作用的時間。
科學家並不完全了解植物對這種變化會做出什麼反應或適應,席拉德說。
光線種類也會影響植物運用資源的方式:像是吸收陽光中的紅光可以讓植物長出比較硬的葉片,席拉德說,但在碰到夜間的紅色人工光源時,這類機制的作用方式也可能會不一樣。所以北京的路燈可能有什麼特別的因素,使得這項新研究中的樹木把更多資源分配到讓葉子長得更硬的化合物上。
這項研究需要擴展到其他植物種類,張霜說:「如果夜間人工光源也讓其他樹種的葉子變得更硬,對昆蟲來說可能不是好消息。」
植物發生的變化、還有動植物間互動的變化,有可能會嚴重影響到整個城市生態系。
吃得不好,可能會導致植食性昆蟲逐漸凋零,造成吃這些植食性昆蟲的昆蟲減少,然後導致吃昆蟲的鳥也變少,一路往上影響食物鏈。
除了是食物鏈的重要環節以外,有些植食性昆蟲同時也是傳粉媒介,對生物多樣性有重要貢獻。它們也會取食腐爛的植物、協助分解樹葉、讓養分回歸土壤。在都市中,由昆蟲支持的健康土壤和健康植物對人類是有好處的。都市中的植物提供了遮蔭,也減少了困在都市中的熱。
為了把夜間光照的負面影響降到最低,張霜建議只要降低光照強度即可。這項研究發現,夜間亮度和有多少葉片被昆蟲吃掉這兩者之間有線性關係,所以只要降低光照,就能讓葉子對昆蟲來說變得比較好吃。
席拉德說,在城市裡,我們應該只要注意需要照明的場合和時間。動作感測器也很好用。同時,幫路燈加上燈罩、讓光線不致外溢到周遭地區也會有幫助。
生物學家建議,晚上在家的時候要把不必要的燈關掉、用可以動作啟動的燈,選擇只在必要處採用直射光源的設備,住宅附近要選用琥珀色的燈,因為這種顏色的燈光對昆蟲來說似乎是最安全的。
非法毒品工廠疑似將有害物質排入海中,這可能會傷害巴西尖鼻鯊和其他海洋生物。
這件事聽起來或許像是B級電影的情節,不過在里約熱內盧的近海水域,真的有「古柯鹼鯊魚」在徘徊。
根據專家對巴西尖鼻鯊(Brazilian sharpnose shark,又稱巴西曲齒鯊)所做的最新分析,已有非法藥物流入海洋汙染魚類,這是前所未有的發現。
在這項研究中,研究人員解剖了2021年9月至2023年8月期間,漁民在班代蘭特斯休閒區(Recreio dos Bandeirantes)附近水域意外捕獲的13條鯊魚;班代蘭特斯休閒區是一個位於里約熱內盧的社區,沿海有長長的珍珠白海灘。
這13條鯊魚的肌肉和肝臟組織中,都驗出了古柯鹼和苯甲醯艾克寧(古柯鹼在體內分解時產生的代謝物)。
有關藥品廢棄物(無論是合法還是非法的)對於海洋、河流和湖泊中的野生動物所造成的問題,我們還沒有充分深入的研究。科學家也在倫敦等大城市附近和佛羅里達州沿海,發現古柯鹼和其他非法藥物的痕跡。
目前尚不清楚古柯鹼(一種從古柯葉中提取的興奮劑)對於巴西尖鼻鯊有何影響;巴西尖鼻鯊已被國際自然保護聯盟(IUCN)列為瀕危物種,主要原因是過度捕撈。
奧斯瓦爾多.克魯茲研究所( Oswaldo Cruz Institute,位於里約熱內盧的聯邦公共衛生研究機構)的生物學家瑞秋.安.豪瑟-戴維斯(Rachel Ann Hauser-Davis)和生態毒理學家恩里科.薩吉奧羅(Enrico Saggioro)指出,他們在這份最新研究中沒有分析鯊魚的健康狀況。
但這兩位論文作者表示,先前已有研究顯示接觸古柯鹼會對斑馬魚和貽貝造成危害,因此古柯鹼「有可能」對鯊魚帶來負面影響。他們也提到,有其他針對魚眼所做的研究發現,古柯鹼會影響動物的視力和狩獵能力。
兩位科學家說明:「我們擔心鯊魚可能出現某些健康方面的問題,例如生殖能力可能受到影響,還有獵物與掠食者之間的交互作用是否因此改變。」他們的研究發表在《整體環境科學》(Science of The Total Environment)期刊上。
研究還顯示,這13隻鯊魚體內的古柯鹼含量大約是苯甲醯艾克寧的三倍,顯示古柯鹼大多沒有經過人類或其他生物體內代謝,反倒可能有一部分是直接倒入水中。
「我對於在水中發現古柯鹼代謝物一點也不意外,因為人類尿液中有可能出現古柯鹼代謝物,但是在水中發現『古柯鹼』確實讓我很驚訝。」佛羅里達大學的海洋學家崔西.法納拉(Tracy Fanara)表示。
根據研究顯示,巴西是「南美洲主要的古柯鹼消費市場之一,用藥者多達150萬,在全球用藥人數中占了將近8%」。
研究作者認為,古柯鹼是透過兩種方式進入魚類體內:一是吸毒者體內的排泄物進入了汙水排放系統,二是「地下」古柯鹼提煉實驗室將純古柯鹼倒入塞南貝蒂巴運河(Sernambetiba Canal)沿岸的汙水管道中,隨後排入班代蘭特斯休閒區的近海。
由於巴西尖鼻鯊通常棲息在沿海地區,特別容易受到古柯鹼排放和其他城市汙染的影響。
鯊魚可能會透過鰓直接吸收古柯鹼,或是吃下體內含有古柯鹼的小型獵物。研究作者表示,這種透過食物鏈產生的生物累積(bioaccumulation)或許能解釋鯊魚體內的古柯鹼含量為什麼比過往研究中測試的其他水生生物更高。
美國內布拉斯加州水中心(Nebraska Water Center)的教授兼實驗室主任丹尼爾.D.斯諾(Daniel D. Snow)曾研究過河川中的類固醇含量,他指出,鯊魚代謝古柯鹼的速度可能比人類來得慢,而且體內長期存在古柯鹼,可能會干擾鯊魚的內分泌系統,進而擾亂牠們的荷爾蒙調節機制。
斯諾表示,任何具有生物活性的化學物質都可能造成壓力,使數量本就逐漸下降的魚類更容易生病。
義大利費德里科二世大學的比較解剖學教授安娜.卡帕爾多(Anna Capaldo)表示:「這證明古柯鹼汙染的危險性正在日益增加。」卡帕爾多研究過古柯鹼對歐洲淡水鰻魚的影響,發現接觸古柯鹼的鰻魚會出現肌肉腫脹和荷爾蒙紊亂的情況,進而影響到牠們的生存。
卡帕爾多讀過這份巴西最新研究後表示,科學家需要針對接觸古柯鹼的巴西尖鼻鯊進一步研究器官,才能確知這些藥物是否對鯊魚造成傷害。
在佛羅里達州,毒品走私船上的古柯鹼包裹(用於非法運輸的塊狀塑膠包裹)有時會意外掉入海中,或是被走私者用加了重量的網袋藏在水下,等待別人來取貨。為此,法納拉研究了古柯鹼對佛羅里達州近海的潛在影響。雖然法納拉和研究團隊尚未在佛羅里達鯊魚身上發現存在古柯鹼的證據,但不能排除有這種情況發生。
法納拉表示,巴西這份研究的結果令人感到擔憂,並指出巴西尖鼻鯊「終其一生都可能接觸到這種藥物,而牠們本身就已經是相當脆弱的物種。」
不過她也指出,這項研究有一個「重大」缺點:進行研究的科學家們沒有從捕獲鯊魚的班代蘭特斯休閒區採集水體樣本。
因此,為了全面掌握古柯鹼進入生態系統的實際情況,薩吉奧羅正在整個里約熱內盧的水域檢測這種藥物。
斯諾表示,要避免古柯鹼、甚至合法的藥物和毒品流入海洋,是很困難的事情。
「我們可以做廢水處理,避免化學物質流入水中,但是這樣做的成本非常高。」他說。
在這項研究中,研究人員呼籲巴西主管機關正視海洋生態系統中存在非法藥物的情況,並訂定相關法規進行監測,減少海洋的毒物含量。
他們寫道,在鯊魚體內發現古柯鹼「是新興的環境問題,也顯示出建構健全法治、採取積極措施來解決問題的緊迫性。」