在检测环境中的有害物质时，各种各样的生物都可派上用场，

过去矿工们常常把金丝雀带进矿井来作为预警系统，如果鸟死了，矿工们就得到一个明确的信息：撤出矿井。现在，科学家们正在更大的范围内使用受污染影响的生物来提醒人们各种环境有害物质。

每年都有大量的污染物释放进环境中。根据最近的一份报告，1987年间，有26亿磅有毒化学物质被释放进大气，15亿磅堆积在地面上，不只5亿磅流进水体，另有31亿磅渗入地表和下水道中，而且，这些污染仅是在美国范围内。

从重金属到致癌有机物、从放射活性化合物到杀虫剂，研究者们面临的一个挑战是及早检测出威胁人类健康的因素，如果能尽早查明，则医治措施就可以在污染物进一步危及人类和环境之前得以实施，

一般来说，环境监测依靠对空气、土壤和水体取样的化学分析。但要检测间歇性的污染源，则主要依赖取样的时间和地点。这个限制对于大气和水的污染物尤其重要，在这些地方，污染物的偶尔释放会被迅速飘散。即使是在土壤中，污染物也会被雨水冲走。有些化学物质毒性是如此的强烈，以至单独接触少量也是有害的。

持续的监测在逻辑上有困难，在经济上也行不通，尤其是在遥远的旷野上。然而，当有害化学物质进入环境，它们就会被当地的生物吸收，尚不致命的数量积累在它们的组织中使得科学家们有了衡量一段时间内污染的尺度，从而减少了对持续取样的需要。

此外，化学分析无法评价环境中有毒物质的生物学效应，如生物可测性、协同作用以及食物网中的生物富集作用。化学上可测的和生物学上可测的污染物浓度之间的差别是“微妙而重要的”，位于俄勒冈州科瓦利斯城的美国环境保护署（EPA）的克拉伦斯 · 卡拉汉（Clarence Callahan）同意这种观点。监测生物为科学家们提供了“跨越几步着眼于生物学效应，而不是试图从化学分析中去预测其效应”的方法、格尔泽尔认为。

无脊椎动物

可用蝇类幼虫去探究监测生物效用，某些水生蝇类的幼虫可以专一地用于鉴定溪流和其他潮湿地带的环境有害物质的点源。

新墨西哥州的科学家们通过分析各种蜉蝣、石蝇、石蚕和苍蝇可以测定出钼矿的开采对里约格兰德河的支流红河的影响。 · 这些昆虫长期出没在水流中，卡尔 · 波普（Carl Popp）说道，“它们监测着一切流过的东西。”

波普说，科学家首先对水流底部的所有生物进行取样，采样时把筛网放到水流底部，把沉积物除去，取出大于1 mm的无脊椎动物，经分类，这些生物体就可以用于分析。

从正在开采的矿山的水流底部采到的昆虫比之水体上层的含有更高水平的钼、锰和铜（锰和铜常与钼的矿化作用相联系）。从上次钼的释放起经过一年多，波普重新回到水流边。虽然水体和沉积物的金属浓度已经下降，但在蝇类幼虫体内的浓度却相当稳定。这项工作表明，取样的时间并非关键，因为昆虫提供了水流在不同时间里受到污染的平均状况。

波普认为，这种方法可扩展到追踪其他的金属元素，例如铅。这种重金属是通过汽车燃烧用作汽油添加剂的有机铅化物而散发，随雨水和溶雪流进水体中，水中生活的昆虫就能再次用作监测生物。

蠕虫 蚯蚓是土壤污染的最佳指示者。蚯蚓进食时，大量的土经过其消化管，如果土中有污染物，就会被蚯蚓吸收。

卡拉汉用一种常见的大蚯蚓作为地面污染的监测生物。这种蚯蚓是美国的常见种，其巨大的体型很容易操作。

去年春天，这位EPA的研究人员把蚯蚓运到了波士顿附近修帕丰德城的一个地点，那里过去曾开设过一家杀虫剂包装厂。卡拉汉说，因事故泄漏致使周围的东西都被DOT和有机氯化物所污染。

卡拉汉在那地方的各处选了80个点掘土，每份土样都放进一个装有5条受到监测的蚯蚓的容器里。这项测试尚在进行中，但卡拉汉说用蚯蚓作野外分析效果很好。他还观察到蚯蚓的行为反应——身体蜷曲、僵硬、缩短和肿大的变化。体表损伤和死亡也受到了注意。

蜂类 位于米苏拉的蒙大拿大学生物学家杰里 · 布洛曼逊（Jerry Bromensheuk）赞成用另一种监测生物——蜜蜂。他称蜜蜂为“大自然最高效的采集者。 ”

一个普通蜂巢的蜜蜂超过50000只，大量的蜂要去采集花蜜和花粉作食物；采水作蜂巢蒸发降温；采树脂以把蜂巢粘在一起。此外，蜂体上的刚毛带有静电能吸附尘埃。任何与蜜蜂的食物、水、尘埃，或甚至它们所飞过的空气有关的污染物，都会被带到蜂巢。布洛曼逊说，蜜蜂是“多媒介的采集者，且它们都回到同一地方”，这样就使它们容易被取样分析。

“你需要调查一个非常广阔的区域”，布洛曼逊说，由于蜜蜂的觅食范围可能大于2.5平方英里，因此对污染物的均匀取样必须在一个相当大的地理区域上进行。

布洛曼逊及其同事们确信，某些发现于华盛顿州附近普吉特湾的蜜蜂体内高浓度的污染物，可能与当地的植物和土壤中具有高浓度的污染物相关。蜜蜂组织中的砷和镉与收获于该地区的蔬菜中这些有毒物质达到了危险的浓度有关。同样，氟化物在蜜蜂组织中的浓度与草本植物体内高于预想水平的浓度相平行，而铅水平的升高则与高速公路的出现相吻合。

这项研究的另一个方面是对放射性核素的环境监测。布洛曼逊已经发现蜜蜂体内有氚、铯137、钴60以及其他约十种左右的放射性元素。

许多核工厂都把废物埋在地下，放射性物质的事故泄漏有时会发生。蜜蜂就成了核电站、兵工厂、实验室和垃圾场的一种重要的预警系统。布洛曼逊说，洛斯阿拉莫斯国家实验室已经开始使用蜜蜂来检测放射性物质的泄漏。其他的联邦核工厂也正在研究使用蜜蜂作为“专职的定位监测系统”的可行性，他又补充说。

蜜蜂的多种用途也许还可用于那些倾倒了大量未知化学物质的有毒废物场所。把一个蜂巢放在附近，然后分析那些蜜蜂，就可以给那些负责环境卫生的官员提供一份他们面临的有害物质的清单。

水生贝壳类 本地产的贻贝和牡蛎也被用作污染的指示者。在美国的海岸线上，包括海湾、港湾及开阔的海域，分布着约200个隶属于国家海洋和大气管理局（NOAA）“国家地位和趋势规划署”的贻贝或牡蛎定位监测站。这些监测站都选在没有已知的本地污染源的地方。对这些贝壳类所作的分析包括微量元素、多环芳香轻和氯化经（包括杀虫剂和聚氯联苯）。

将来，贻贝也可能会用于监测污水对水源的污染，受到粪便污染的地方会出现一种称为大扬杆菌的细菌，它可以预示水中致病感染因子的存在。因而，公共卫生官员根据大肠杆菌的水平来监测用作娱乐性的水体，但在其他无法作持续监测的地方，有害生物的出现则难以鉴定。

格 · 比森尼特（G. Bissonnette）解释说，贻贝固着生活，相对容易处理。它在一定范围的水质环境下能起到很好的监测作用。这种滤食性的软体动物即使在周围的细菌密度已经下降后，在其内脏仍能积累和保留相当高水平的细菌。应用常规的微生物学方法可以清点细菌的数目。

比森尼特承认，用贻贝作监测生物并不能取代今天所使用的标准检测手段。然而，他把贻贝看作是需要高灵敏度的监测或者在无常规采样的边远地区的一种重要替代手段。

鱼 类

无脊椎动物并非唯一的监测生物，在天然水体中，鱼类很早就被用来测定污染。大湖所受到的化学物质如二恶烷和聚氯联苯类的污染可以在鱼组织中测得，在那些生活于受污染的水体中的鱼身上还可观察到恶性肿瘤。

但是，检测野生鱼类只能提供给环境科学家对这个问题有限的看法。污染水平在一个相当短的距离内就会有很大的差别，接受污染物的时间和地点以及该鱼的来历都难以知道，因此有必要设计一种方法来控制各种条件和接受污染物的时间。

为了解决这个难题，格里泽尔及其同事们使用笼装鱼。当阿拉巴马州土斯基吉城的一家污水处理厂的官员与他们商谈后，他们便在该区域开始了研究，这些官员带来了很多长肿瘤的鱼，同在奥伯尔恩大学工作的生物化学家D. 拉尔夫 · 斯特伦斯（D. Ralph Strength）说道。差不多四分之三从该厂的最终氧化塘拥捞到的黑鮰鱼生有口腔刺瘸。

该厂的氧化塘是为了促使用作消毒剂的氯气扩散而设计的，氯气与有机化合物在水中反应形成致癌物质氯化烃引起了人们的关注。那些食用了从这塘拥捞到的鱼的人可能会接触到这些化学物质。塘流出的水流进了一条小河最终流入塔拉布塞河中，在那里更多的人可能会受到影响。

在21周的时间里获得的数据是令人吃惊的。安放在另一个塘的笼子里的对照组表现正常，而大多数在氧化塘中的鱼都死了，有些是在几小时内死亡的。如先前在野生种群中所见到的那样，笼子中的黑鮰鱼也发现了口腔刺瘤，尽管这时氯的水平要比先前低2~6倍。在其他的许多问题中，氧化塘中的鱼生长率低，鳃发炎，肝脏增大，更容易被细菌感染。有趣的是，暴露在氧化塘中的鱼免除了寄生吸虫对其鳃的感染。

对该塘的水样和沉积物的化学分析并未能测到致癌有机物，在这种情况下，黑鲖鱼是致癌物质出现的最佳指示者。

在EPA的协作下，斯特伦斯计划扩展笼装鱼的用途来监测受到污染的港湾和河流，如密西西比州的巴斯卡古拉河及阿拉巴马州与佐治亚州之间的查特胡奇河。

鸟类和哺乳类

克莱逊大学野生生物毒理学家罗纳德 · 肯达尔（Ronald Kendal）及他在野生动物与环境毒理学研究所的研究小组，正着眼于把各种鸟类和哺乳类作为环境受到冲击的潜在指示者。

尤其是，鸟类的觅食生态学和敏感性可能是使其成为预警系统的原因，肯达尔指出。他发现具有高代谢率的小型鸟类尤其有作用，由于它们进食速度迅速，因此接触环境中的有毒化学物质就非常多。

肯达尔最喜爱的一种鸟是欧洲椋鸟，这种鸟一般被当作害鸟。肯达尔利用椋鸟的行为习性，这些鸟以土壤无脊椎动物喂养雏鸟，而土壤无脊椎动物可能会受到有毒化学物质的污染。椋鸟也乐意在人造巢上栖居。肯达尔打算把巢箱放在含有害废物的地段，用椋鸟作为一种生物测试系统。

肯达尔目前的研究焦点是农业杀虫剂。他的小组分析成体鸟喂给雏鸟的食物。这些科学家还分析雏鸟的血液酶和肝功能以及成体鸟的繁殖能力。通过巢箱，科学家们可以观察到幼鸟的发育并把发育障碍与从食物或其他途径接触到的可能有毒的化学物质联系起来。

克莱逊大学的研究小组还检测了其他的鸟类，包括猫头鹰、隼及鸣鸟。哺乳动物如野兔、田鼠及齣鼦等也能用作监测生物。这些动物的血液和粪便提供了关于各种不同的有毒化学物质及其生物学效应的生物可测性的线索。为了监测杀虫剂、多环芳香烃、聚氯联苯及各种有毒金属元素。

科学家们从人道的立场使用各种各样的方法捕获这些动物以作非致命的监测之用，肯达尔说，他已经花费了大量的研究来寻找使野生动物不受伤害的捕捉方法，以便使它们能在不受伤害的情况下放生。

选择监测生物

由于可选用的动物种类相差很大，那么科学家们是如何选择合适的监测生物呢？方法可以各异。有些研究人员使用几种不同的生物体；另一些人则寻找一种已经对污染物有反应的动物。

卡拉汉解释说，植物作监测生物的用途较少，因为植物不吸收某些化学物质，如某些有机氯化物；植物组织中的污染物水平也会随季节的变化而变化。

监测不断进入环境中的毒物类型和性质是一项吓人的工作。尽管所有的化学分析方法都可以使用，但要在合适的时间和地点里采集足够的样本对环境科学家来说仍是一个重大的困难。监测生物可以克服这个难题。它们可以提供连续的样品并易于富集污染物，这样就能在环境受到破坏的早期、污染物尚未能对人类造成严重的后果时对其作出更好的评价。将来，我们可能需要越来越多矿工的金丝雀。

[Bioscience，1990年第40卷第2期]