水生毒理學視角/第一部分：緒論

水生生物對我們的星球至關重要。浮游植物、藻類浮游生物和海帶是地球氧氣的主要來源。它們吸收並儲存二氧化碳，維持適宜的氣候。它們還在全球氮迴圈中發揮著重要作用，並支援水生動物，如魚類、軟體動物、海綿和珊瑚。水生生物有助於維持地球的生態系統，並有助於保護其豐富的生物多樣性，以及提供食物、醫藥、生計、旅遊和休閒機會1。

因此，保護地球豐富而多樣化的水生生物，並應對水生生物面臨的許多威脅，包括氣候變化、棲息地破壞、過度捕撈、入侵物種的引入和化學汙染2，至關重要。本章將重點關注化學汙染。通過了解化學物質如何影響水生生物，可以最大限度地減少和更好地管理對水生生物的風險。

環境中存在超過140,000種人造化學物質3，僅美國每年就生產2000種新化學物質4。可以想象，水生生物在急性（短期）和慢性（長期）基礎上暴露於許多這些化學物質，儘管缺乏資料表明有多少這些化學物質被釋放到各種水體中。化學暴露會影響生物體的生長、發育、繁殖力、行為和存活等多種生物過程。因此，在將化學物質釋放到環境之前對其進行毒性測試非常重要，以確定可接受的最大毒物濃度（參見本章第二部分），並保護物種免受潛在的危害。

毒性測試是為了確定化學物質在受控環境中對生物體的損害程度。它有四個主要目標

a.    獲取各種化學物質的毒性和暴露資料

b.    幫助估計和管理各種化學物質帶來的風險

c.     幫助制定化學品法規和環境標準

d.    根據化學物質對各種物種的毒性程度對化學物質進行分類

劑量決定毒性。幾乎每種化學物質都能夠確定安全和不安全劑量或濃度。例如，地球上毒性最強的物質肉毒桿菌毒素，是由細菌產生的，即使是微量劑量也可能致人死亡，但它可以在肉毒桿菌毒素中安全使用5。

風險是毒性和暴露的函式。一種化學物質可能具有很高的毒性，但如果它從未進入水體（即沒有暴露），它對水生生物的風險為零。環境中允許的最大化學物質濃度是基於它對各種物種的風險。可接受的“安全”濃度通常是不會傷害95%物種的濃度。

透過進行毒性測試可以解答許多問題

a.    在什麼濃度下，化學物質對生物體無毒？在什麼濃度下是有毒的？

b.    短期和長期化學暴露可以觀察到哪些影響？

c.     對於一個生物體來說，哪些化學物質的毒性最大和最小？

d.    哪些生物體對某種化學物質最敏感或最不敏感？

e.    一個生物體的某些生命階段是否更敏感？

f.     某些環境條件是否會使化學物質毒性更強？

g.    化學物質在實驗室和外部環境中的毒性是否相似？

h.    混合化學物質的影響是什麼？

等等。

當廢水和汙水排放到水體中時，水生生物可能會接觸到化學物質。有時，化學物質會透過石油洩漏或農業田地的徑流意外進入水中。空氣中存在的化學物質可以直接沉積到水體中（幹沉降），也可以透過降雨、降雪和霧（溼沉降）沉積到水體中。水體中常見的化學物質包括洗滌劑、肥料、殺蟲劑、藥物、食品和化妝品防腐劑、廚房用具和塑膠中使用的化學物質以及金屬6-8。水生動物，如魚類，可以透過它們的鰓攝取這些化學物質，透過它們的體表吸收它們，或吞食它們。具有維管束系統的陸生植物可以透過它們的表皮表面或根部吸收化學物質。沒有完全浸沒在水中的植物可以透過氣孔吸收空氣中的化學物質。

化學性質和水生生物型別決定了化學物質的攝取、分佈、儲存、代謝和排洩方式。疏水性（親脂性）化學物質更容易進入魚類的體內，而溫暖的溫度通常會增加攝取量，因為脂肪會變得更像液體。較小、不帶電荷的分子也更容易穿過細胞膜。親水性（親水性）化學物質更容易透過迴圈系統運輸。另一方面，疏水性化學物質更容易與分子結合並在脂肪體中積累。雖然化學物質的儲存從短期來看是具有保護作用的（它們不能自由移動和起作用），但它們可能會在以後釋放並引起毒性。這種情況通常發生在生物體為了更大的能量需求而分解脂肪時，例如，在疾病、飢餓或繁殖期間。

物種的代謝酶通常會改變化學物質，以解毒其影響，但這種改變有時會使化學物質的毒性更強。含有大量鹵素原子（如氯和氟）的化學物質通常很難改變。許多水生動物透過它們的鰓或皮膚排出化學物質。有關化學物質生物轉化的更多詳細資訊，請參閱本書中的“異生物質生物轉化”一章。

化學物質暴露可以透過諸如生長減少、發育延遲、生育力下降和行為改變等方式直接殺死或傷害水生生物，或者透過殺死其獵物來減少或消除其食物供應，或者透過棲息地破壞來限制其庇護所。這會導致對食物和庇護所的競爭加劇，擾亂食物網，並改變生態平衡。