药物毒害环境
2012年秋季，在德国北部易北河上，博士研究生亨德里克从一条船上翻进河中。他把河底的一只不锈钢桶举上船，把这只装着河水、有点摇晃的桶放在一堆空塑料瓶旁边。随后，他把桶里的河水灌进这些塑料瓶里，再把塑料瓶放进冷却器，往东南方向运到他的导师克劳斯的实验室（位于德国吕讷堡大学）。在那里，这些塑料瓶与采集自全德国的其他水样集中在一起，这些水样包括北海（位于大不列颠群岛和欧洲大陆之间的大西洋海域）海水、废水处理厂排放的水和来自城市自来水管的可饮用水。
确凿证据
△污水处理厂还无法彻底清除水中的药物
每份样本都得到测试，看它是否含有全球最广泛使用的抗糖尿病药物——二甲双胍。通过抑制肝脏里葡萄糖的产生，二甲双胍能治疗高血糖。人体不能代谢二甲双胍，所以二甲双胍在被人体摄入后24小时内，就会几乎原封不动地被排出体外。由于二甲双胍的使用很普遍——仅在2014年仅在美国就开具了7690万张二甲双胍处方签，所以环境中这种药的含量很高就不足为奇。在克劳斯团队检测的每一份水样中都存在二甲双胍，其中包括自来水，而且二甲双胍的浓度超过由莱茵河流域国际机构提出的环境安全标准的50%。克劳斯团队在2014年发表这一检测结果时指出，二甲双胍可能已经分布于全球大部分地区的饮用水和海水里。
这听上去有点耸人听闻，但实际上很可能是事实，而且问题并非仅限于二甲双胍。美国威斯康星-密尔沃基大学科学家丽贝卡的团队，最近测量了美国密歇根湖中可能存在的药物浓度。科学家此前猜测，不管这座大湖里存在什么样的药物，它们都可能因为被大大稀释了而检测不到。但实际情况正好相反，丽贝卡团队在湖水中检测到了32种药物和个人护理用品成分，还在湖底沉积物中检测到30种这些物质。其中14种物质的浓度被认为对生态系统构成中度或重度威胁。其中二甲双胍排在榜首，哪怕是在离开湖岸3千米的湖水里，二甲双胍的浓度依然高得令人担忧。
科学家很久以前就认识到，药物（不管是像二甲双胍这样不会被人体代谢的药物，还是会被人体分解成不同代谢物的药物）会污染环境。但科学家传统上只聚焦其中两类药物：抗生素和环境激素（例如避孕激素雌二醇）。环境中的抗生素会强化很多细菌种类的耐药性，科学家已知环境激素会影响动物的生长发育。
过去，二甲双胍不被认为对动物有这些影响。但在实验室研究中，丽贝卡团队发现接触超标二甲双胍浓度（与废水处理厂排放水中的二甲双胍浓度相仿）的雄性鲦鱼（一种小淡水鱼） 产生了通常只是由雌鱼产生的蛋白质，发育出雌性化性腺，体重减轻，后代数量减少。科学家现在意识到，包括二甲双胍在内的很多药物正在带来严重的生态威胁。美国地质调查局科学家达娜指出，每种药物的研发目的都是为了引发一种生物反应，因此药物对动物造成影响是必然的，我们需要了解药物对环境会造成哪些后果。
问题复杂
△科学家研究二甲双胍对鲦鱼的影响
药物在废水中无处不在，它们主要来自人的尿液和粪便。患者没吃完而被扔进垃圾桶的药物、甚至医院垃圾中的活性成分，都会进入水体，丽贝卡指出，通过基本的过滤过程，废水处理厂会清除水中的一些药物，但许多药物依然会畅通无阻被排放出去。例如，二甲双胍能抵御常见的污水处理（比如紫外光照射）而保持稳定。从这一点上讲，要想添加技术设施来过滤这些化合物的话，会因为成本太高而行不通。
药物从污水处理厂和垃圾填埋地进入溪流、河流、湖泊、海水甚至饮用水。然而，目前美国环境保护局（简称环保局）根本不控制饮用水中的任何一种人类药物。环保局的一张名单上列出了可能造成水污染、但目前尚未被列为调控对象的物质，其中包括8种激素和1种抗生素。二甲双胍不在这张名单上。美国一些生态学家对此感到担忧，他们认为眼下法律对生态系统的保护不够，不对水中药物进行严格规定就是一大例证。
许多生态学家认为，这种现状应当改变。美国民众用药量正在增加，未来5年的药物销量预计会以每年5%的速度增长，因此越来越多的药物可能进入环境。与早在许多国家被禁止使用而仍残留在环境中的污染物（其中包括多氯联苯和滴滴涕）一样，药物在环境中能残留数年甚至数十年。药物的研发目的就是要保持很长的有效期，包括从生产、出厂到医院和药店期间的保质期，甚至在人体内的作用期。不幸的是，正是药物的稳定性阻止了许多药物在环境中的降解。
过去30年来，瑞典优密欧大学科学家一直在提取湖底同样部位沉积的湖芯（湖底沉积物），检测普遍销售的抗抑郁药物去甲羟基安定（舒宁）的含量。他们根据湖芯样本发现，随着近年来开具的舒宁处方签越来越多，对应湖芯层中的舒宁含量也越来越高。但观察不同时期提取的湖芯样本，他们发现同一年份的舒宁含量（例如，在30年前提取的湖芯中的舒宁含量与现在提取的湖芯中代表30年前湖芯层的舒宁含量）从未变过。这证明舒宁完全不随时间而降解。
更糟的是，环境中的药物难以被检测。好在检测方法正在改进。美国地质调查局的早期检测方法需要1升水，可能检测到15～20种化合物，而最新检测方法只需20毫升样本，就能檢测到超过100种药物。但只检测单一一种化合物是不够的。现代环境中包含很大一系列药物、杀虫剂、工业副产品及其他化合物的混合物，这是一种极其复杂的“鸡尾酒”，调查起来自然也极其复杂。
而且，有的物质即使降解，又会产生别的危害。在这种复杂的化合物混合内，一些药物不仅相互作用，而且也与细菌作用，与最基本的环境成分（例如水）作用。化学和生物反应会造成一系列转化产物，即具有新特点的新化合物。例如，一些细菌分解二甲双胍，生成一种被称为胍基甲酰胺的代谢物。它具有生物活性，而且在环境中保持稳定。与此类似，抗抑郁药郁复伸降解成另一种抗抑郁成分——去甲文拉法辛。这些代谢物的毒性有时候比原来的化合物更大。科学家指出，降解造成化合物种类大大增加，由此造成的环境问题也高度复杂化。
△药物及其他污染物已经危及水生健康环境
连锁效应
在很高的含量下，药物化合物对野生生物来说是致命的。但更常见情况是，药物对生物体的行为和发育来说有不很明显、但很重要的影响。在科学家测试的环境药物中，通常用于治疗抑郁的选择性血清素再吸收抑制剂（简称SSRI）越来越受到关注。这些化合物是精神药物，它们会影响人的认知、情绪和行为。这些药物进入水体，就可能影响水生生物的行为。
几年前，科学家检测了一种常用SSRI——舍曲林对鱼类的影响。在这之前，在美国、加拿大及其他地方的水样和鱼组织中检测到了舍曲林。科学家向装有很多鲈鱼幼鱼的水箱中注射不同剂量的舍曲林：每升120纳克（废水中的舍曲林浓度）、每升89毫克和每升300毫克。即便猎物密度高，舍曲林浓度低，仅仅8天后，仍然发现鱼进食量减少了。科学家推测，食量减少也会造成动物行为改变，舍曲林对人体的这一副作用已被证实。如果舍曲林的确会造成野生动物食量下降，就可能危及鱼的繁殖和寿命。虽然死亡率往往更受关注，但舍曲林之类的药物对鱼的潜在影响可能会是长期性的，这同样值得关注。
其他一些研究，表明了药物污染物对生态的影响有多么广泛。从2001到2003年，加拿大科学家每年夏天向位于加拿大安大略省西北部的一个实验湖中投入少量决雌醇。这是一种被用于许多避孕药的合成雌激素。接着，他们测量这种激素对一系列水生生物的影响，其中包括水藻、微生物、浮游生物、鲦鱼、鳟鱼及其他鱼。这一实验一直持续到2005年。在此过程中，由于生育失败，湖中黑头呆鱼几乎灭绝。依赖鲦鱼为食的鳟鱼和哑口鱼，也因鲦鱼减少而減少。鲦鱼的猎物——浮游生物和昆虫的数量则增加了。很明显，人工合成激素不仅对一个物种有直接影响，而且对位于不同营养级的多个物种有直接或间接影响。采用标准的生态学评估手段，大量连锁效应都难以预测。
药物也会在食物链内部层层攀升过程中堆积，从而让较高层捕食者接触更高的药物浓度。科学家发现，虽然舒宁对豆娘（一种蜻蜓目昆虫）没有影响，但会在豆娘体内堆积。如果鲈鱼吞下豆娘的蛹，会保留来自蛹中的46%的舒宁。鲈鱼吃下的豆娘蛹越多，堆积在鲈鱼体内的舒宁数量也就越多。在另一项实验中，在接触舒宁后，通常害羞、惯于成群的鲈鱼变得明显大胆了，进食速度更快，更频繁脱离鱼群。科学家说，这是很明显的行为改变。
科学家猜测，舒宁降低了鲈鱼以成群方式寻求安全（避免被捕食）的倾向。摄入舒宁后，鲈鱼很可能会认为环境不再那么不安全。有趣的是，当周围没有捕食者时，这一影响对鲈鱼来说是正面的：它们捕猎更有效率。但对野生状态下的鲈鱼测试舒宁的影响却很困难。虽然测量一种化合物对一个物种而言是否致命是容易的，但是想测量一种化合物是否有利于一个物种生存却不容易，而有利于生存同样会引起生态系统的明显改变。
药物的流动
1制药厂不仅生产药物和向市场提供药物，而且会有药物直接渗漏到环境中。
2在垃圾填埋地附近进食时，野生动物摄入药物。
3许多药物从进入人体到被排泄出人体，几乎一成不变。
4用于人体的药物及其代谢产物经过污水处理厂和垃圾处理设施，常被用来灌溉或施肥于农用土地。
5吃下被止痛兽药双氯灭痛污染的动物尸体后，秃鹫因肾衰死亡。
6抗抑郁药物氟西汀污染蜡虫，欧掠鸟吃下这些蜡虫后食量减少，行为改变，如整天进食，而非只在日出和日落时分进食。
7药物效应在食物链中可能被放大。掠食者体内堆积的药量比发现于环境中的药量还高。
8吃了被抗抑郁剂舒宁污染的豆娘蛹之后，鲈鱼胆子变大了，进食速度加快，频繁离开鱼群。
用于人和动物的大量药物中，许多最终都进入环境。通过药企本身，或通过人和动物，这些药物会造成环境污染。随着这些化合物进入陆地和水生环境，它们会影响野生动物的健康。这些动物包括昆虫、鱼、鸟类等等。
影响严重
对环境中药物影响的大多数研究都集中于水生物种。然而，当鸟和昆虫等陆地生物在喝了被污染的水，在浇洒了人或动物粪便的田野上觅食，或者在被药物处理过的牲畜皮肤上进食时，同样会接触药物。例如，20世纪90年代，大量秃鹫在印度和巴基斯坦地区坠亡。科学家起初以为这是一种感染或环境毒素所致。结果两者都不是。2004年，科学家终于确定了元凶——抗炎药物双氯芬酸。当地有人用这种药治疗一些牲畜的跛足和发热，秃鹫在吃了这些牲畜的尸体后出现急性肾衰竭。科学家说，该地区的秃鹫对双氯芬酸特别敏感，使印度秃鹫种群灭绝95%这起案例是非故意行为造成严重后果的典型事件。
此事发生后，印度、尼泊尔和巴基斯坦禁止把双氯芬酸用作兽药。但在2013年，95%的欧洲秃鹫所在地——西班牙批准把双氯芬酸用作兽药。动物组织立即呼吁全面禁止把双氯芬酸作为兽药使用。欧盟委员会要求欧洲药品管理局调查双氯芬酸的风险。该局2014年12月下结论说，双氯芬酸对秃鹫及其他食腐动物造成风险，但欧盟委员会尚未决定是否禁止把双氯芬酸作为兽药。
与此同时，许多陆地物种因为不计其数的其他药物污染环境而面临危机。大约10%～30%的抗抑郁药百忧解（氟西汀）被人体原样排出。与其他许多药物一样，百忧解在环境中也很稳定。科学家估计了百忧解在生活于污水中的蚯蚓体内累积的浓度，以及如果鸟儿的食物中有一半是这样的蚯蚓，那么会有多少百忧解进入鸟儿体内。结果是，鸟儿摄入的百忧解总量是人体剂量的大约5%。
科学家知道百忧解对人类患者来说可能引起食欲和性欲降低，因此担忧鸟类也会受到如此影响。倘若这样，环境中的百忧解对鸟类的存亡来说就不是无足轻重的。科学家进行过这样的实验：在4个月中，每天都给捕来的野生椋鸟喂食被注射了低剂量百忧解的蜡虫。不出所料，这些椋鸟不仅进食量减少，而且整天都在吃东西，而不是在日出和日落时分大量进食（这对越冬的鸟儿来说是最佳进食时间）。如果遇到严冬，而鸟儿不在日出和日落时分大量进食的话，它们就很可能会饥饿。
随着药物影响野生动物的例子越来越多，科学家也越来越担忧环境中的药物可能对人体造成的影响。迄今为止，科学家所研究过的影响生态的药物种类还为数不多，但据估计，共有至少4000种药物在全球范围的医药和农业中使用。一些科学家认为，我们不应该花太多精力辨识环境中的药物有哪些，而是应该花更多精力阻止药物进入环境。换句话说，采取预防性举措，而不是坐等负面效应出现。
一种选择是，为废水处理厂配备药物清除设备。在瑞典，科学家正在重建一家废水处理厂，让它具备臭氧化能力。向水中充入臭氧气泡，就能去除水中的一些药物。科学家接下来会监测当地溪流，查看废水处理厂的升级会怎样影响周围的生态系统。
然而，像臭氧化和纳米过滤之类的技术都很昂贵，而且没有哪一种办法能清除所有生物活性因子。所以，一些科学家建议采取举措阻止药物进入水系统，也就是研发能在环境中迅速降解的药物。克劳斯在德国一家癌症研究中心举办了一次讲座后，有科学家找到了他。这些科学家研发了一种抗癌药物——异环磷酰胺的衍生制剂。为了增加该药在消化道的吸收，减少药物对患者的副作用，科学家们替换了已知能用一种糖来稳定药物的分子的一部分。科学家们意识到，这一替换有可能也会让这种药物在环境中更容易降解，于是他们请克劳斯测试它。克劳斯发现，这种衍生药——葡磷酰胺不仅与原药一样能强力抗癌，而且具有生物降解性。葡磷酰胺目前已进入第3阶段临床测试，测试对象是转移性胰腺癌。
科学家指出，制药企业能够也应该运用这样的“绿色”化学技术，研发能在环境中迅速降解的药物。科学家说，做到这一点并不具有内在困难性。但在真正环保的药物出现之前，对药物在环境中的分布及其影响的研究不能停止。科学家预计，再过5年，这方面的研究成效就会更上一层楼。
作者：刘安立
来源：《大自然探索》2017年第07期
