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它,曾经害死了拿破仑和光绪帝。
它,在潘金莲和武大郎的故事里的角色,或许更让你记忆深刻。
它,就是砷,以氧元素结合后成为砒霜。其微溶于水,无味又无臭,极少量服用有一定药理作用,大量服用立刻致死;长期小剂量摄入,会引发皮肤癌等多种癌症,江湖人称—“百毒之王”。
有人的地方就有江湖。2008年,“云南阳宗海砷污染事件”再一次给我们敲响警钟。
云南或许离你很远,但千万不要以为砷离我们也很远。它一直活跃在人类社会之中,如影随形,如蛆附骨。下面就是这样一个故事,故事讲述在一群科学家的努力下,我们终于发现“砷”这个恶魔是怎么走到我们身边,甚至体内的。
第一章 土祸
回溯到1983年,在喜马拉雅山南麓的孟加拉国,发现一起奇怪的病例。病人的上胸部、手掌、脚掌皮肤损伤并且疼痛,手臂腿部皮肤出现色素沉淀。经过医生的诊断,确认是典型的因为长期暴露在砷污染之中而引起的砷中毒症状。其实,这种病例在世界上并不罕见。在台湾,五十年代末期也爆发过类似的疾病。患者由于色素沉淀而双足发黑,因此这种病被命名为“乌脚病”。不仅仅在台湾,我国新疆、内蒙古、山西,湖南等地也发现类似的砷中毒病区。菲律宾、蒙古、罗马尼亚、智利、阿根廷、墨西哥等国家,亦发生过类似的案例。
虽然砷中毒案例在世界各地时有零星地发生,但还没有哪个国家,像上世纪80年代的孟加拉国一样,半个国家的民众笼罩在砷污染的阴影之下。在接下来的数年里,8500多个砷中毒案例在孟加拉国各地被确认。而在1983年之前,这个国家甚至还不知道砷污染是何物。世界卫生组织把这次事件称为“人类历史上危害最严重的、规模最大的中毒事件”。
这个恶魔是哪里来的?为什么它突然之间变得如此猖獗?严重的问题引起了大批科学家和科学组织的关注。1993年,世界卫生组织抽查了孟加拉国的400个水井,一半以上的水井中砷浓度超过了50微克/升,这个数值,已经是世界卫生组织和美国环保署建议的安全标准值的五倍。在孟加拉国受到砷威胁的人口超过150万,每年有数万人死于砷中毒。
这些含有高浓度砷的水井,是为当地贫苦人民提供饮用水和灌溉用水而挖掘的。打开该国地图,你会在这个国家的南部发现密密麻麻的小岛和河流,但是丰富的水资源 仅仅出现在湿季,随着干季的到来,可用之水捉襟见肘,而且很多孟加拉人惯饮生水,由此导致的各种疾病很让政府头疼。为满足民众对洁净饮用水的需求,他们在国际援助机构的帮助下,利用数十年的时间,上下打钻了将近一千万口水井。砷的魔爪正是通过这些水井,伸向了当地的住民。
现在已经没有疑问,致病的砷主要就从地下水中来。那地下水里面的砷又是从哪里怎么来的呢?对于这个问题的解答,虽然为时已晚,但科学家们不得不亡羊补牢。地质调查发现,孟加拉国的土地之下,砷的含量并不比一般的土壤正常值高。在通常的情况下,这些砷会和土壤中的铁锰氧化物牢牢地结合在一起,如同一个牢笼,关押着砷这个恶魔,阻止它逃窜作恶。但是孟加拉国的蓄水地层里含有大量的有机质,这使得其中的微生物活动非常活跃。当水井贯穿了富含有机质的砷地层之后,在微生物的帮助下,通过一系列生物化学变化,原本深埋固定在地层里面的砷,越狱了。它们逃逸到了地下水的之中,开始了它们对生态、对人类社会的破 坏之路。
科学家们曾经有个很好的机会,可以将这个恶魔扼杀在摇篮之中。这机会来自于1992年,那年当地居民已经开始饮用地下水,但是地下水的水化学性质的基础数据却十分匮乏,水文地质学家建议国家对地下水水质进行分析,以防止可能的恶性事件发生。做为国际援助机构之一,英国地调局承担了这项水质分析测试工作,他们调查了地下水中的36种元素和一些化合物。令人遗憾的是,由于缺乏足够的认识,砷含量的检测并没有包括在这个研究之中。这是该国民众的不幸,更是科学的不幸。砷,披着洁净水的外衣,利用科学家的疏忽,一年年地扩散,逐渐从地下走到了地上,从水井走到了田间。
第二章 稻凶
对于砷污染,仅仅知道它来自于地下,并不能让医生和环境学家满意,背后的污染原理,才是解决问题的关键。下一步,科学家要搞清楚的是,恶魔是怎么向人类社会和自然环境发动侵袭的?
接着,科学家对各种农产品做了一个普查。因为除了直接饮用,这些井水还有另外一个重要的用途——农业灌溉用水,这使得农产品也可能是人体摄入高浓度砷的一个途径。果不其然,一个帮凶在分析人员的围捕下,浮现出了水面。
它叫做水稻!
水稻,禾本科植物,广泛种植在世界各地,是东亚和南亚人民的主要食用农作物,一个普通成人,一天要吃大概100~500克的大米。科学家分析了多种农产品中的砷含量,发现大米中的砷浓度是玉米和小麦的10倍,是黄瓜和西红柿的30倍,是大豆的100倍!这些数据充分证明,大米是除了饮用水之外,另外一个重要的砷摄入途径。
从影响范围的广度来说,高砷大米比高砷地下水更加可怕。一口水井,只影响到周围数公里的小区域,而大米从农田里收获之后,将通过我们高效的运输系统送到遥远的城市,送到需要食物的各色人群当中,其中有老人或孩子,病人或孕妇……
通过管理和监测,限定污染大米的流通,仅仅是个治标不治本的方法。
为什么水稻里会含有浓度如此之高的砷?如何降低水稻对砷的富集?成为摆在全球环境学家和植物学家们面前一个迫切要解释的问题。
第三章 铁疑
禾本科的植物,是对人类最为重要的植物。其中的成员,我们耳熟能详,除了水稻,还有小麦、玉米、高粱,甚至大熊猫爱吃的竹子。可以说,人类每天都离不开它们。但是,为什么独独是水稻,而不是同在禾本科的其他农作物,成为了砷的帮凶?
有一个特别的现象引起了科学家的注意。在所有这些禾本科农作物中,只有水稻是湿生的,在完全水淹条件下 也照常生长。这个能力来源于水稻的一个特别生理特性:它可以将叶片吸收的氧气,从植物内部传输到地下,供根系呼吸,而其他的植物根系必须从土壤中得到呼吸 用的氧气。生长在淹水条件下的水稻,好比一个背着巨大氧气罐的潜水员,一点都不用担心缺氧的问题。如果在禾本科植物里举办一场游泳比赛的话,那么水稻肯定 就是禾本科植物中当之无愧的菲利普斯!而在淹水的条件下,土壤中的氧气很少,强还原条件使得砷很容易被活化。跟水稻不同,旱稻中的砷的含量就要小很多。淹水环境给水稻吸收砷提供了一个便利的环境,但是,我们依然不知道这些砷是怎么进入到水稻体内的。
拔出一株水田里生长的水稻,你会发现,它的根是暗红色的。这种暗红色的东西,实际上是覆盖在水稻根系表 面上的一层铁氧化物。湿生的水稻,根系拥有强大的氧化能力。土壤中游离的亚铁离子一旦碰到水稻的根系,就会被氧化而形成不溶于水的铁氧化物。这层铁氧化 物,覆盖在水稻根系表面上,如同一层红色的盔甲,被称作“铁膜”。水稻根系表面的铁膜带有大量正电荷,而砷离子带有负电荷,当它们相遇的时候,会像磁石一 样,紧紧地结合在一起。事实也证明,在砷污染环境下生长的水稻,根系铁膜上含有大量的这种元素!
科学证据表明,铁膜肯定参与了这起稻砷案。可它在其中扮演的是好人,还是坏人呢?它或许做一个好人,利用其巨大的容纳能力,像一个“门”一样,将远处迁移来的砷阻挡在根系之外;也可能是个坏人,像一个“泵”一样,源源不断地把远处的砷搬到根部附近。2005年,环境砷问题专家对这个问题进行了深入研究,最终发现,铁膜,并不是稻砷案的罪魁祸首。相反,它如同一堵城墙,减少了水稻对砷的吸收。
原来差点冤枉了好人……案情也一下子失去了线索。
第四章 硅途
不久,植物学家提供了一条新的线索——降低植物砷毒害的机制被发现了。砷不仅仅对动物来说是剧毒物质, 过量的砷也会抑制植物的生长。有意思的是,砷有两种形态,一种是三价砷,比如砒霜里面的,它对动物的危害很大,但是对植物的危害反而很相对较小;另外一种是五价砷,和三价砷相反,它对植物危害很大,对动物的危害相对很小。现在,科学家在植物体内找到一种酶,可以将五价砷转化为三价砷,从而降低三价砷的危害。也正是因为如此,植物体内绝大部分砷都是以三价的形式存在的。
一株植物,就如同一个人类社会。有负责生产的系统,也有负责运输的系统。植物体内存在各种各样的运输系统,有的是高速公路,有的只是人行道。不同的物资,走在不同的路线之上。五价砷是阴离子,走的是阴离子吸收途径;三价砷是不带电荷的小分子,走的是小分子 吸收途径。植物学家的提示,让寻找砷的人们把目光投向了水稻体内的小分子吸收途径。但是,因为砷并不是植物的必需元素,所以植物并不会为三价砷花大价钱建立一条运输通道,它必定像扒火车的贼一样,偷偷地利用了别人的车辆。那么,谁家的交通工具这么粗心大意?
很快,硼的运输路线,成为新的怀疑对象。硼是唯一一种以小分子形式存在的植物必需元素,很可能,三价砷 通过搭乘硼的便车,一路从根系跑到了大米里面。而新的证据表明,植物对砷的吸收规律的确和硼的吸收规律很类似。但是,多年的研究下来,还是没发现传说中的 硼和砷的运载工具。而且,所有的植物都需要硼,即使找到了硼在植物体内的运载工具,也很难解释为什么偏偏是水稻种子里面含有相对高浓度的砷?
案情再一次陷入困境!
正在山穷水尽之时,从日本冈山大学生物资源研究所和英国洛桑研究所传来一个好消息:硅的运输道路被列入了调查范围之后。宛如一片黑暗中划过一道闪电,隐藏在黑暗中的事实纤毫毕现。 诸多事实证明:硅的运输道路,也是三价砷的行走途径。和其他的植物相比,水稻是少见的硅富集植物。土壤中的硅不仅不会妨碍水稻的生长,甚至在某些地区,农 民还在水稻田里施加硅肥,以促进水稻的抗病害抗倒伏能力。和硼以及三价砷一样,硅恰好也是一种小分子物质。种种迹象表明,水稻天然具备的硅运输能力,也给 砷大开方便之门。正是这自然界中奇妙的相互联系,让水稻“稀里糊涂”地变成了砷污染的帮凶。
在孟加拉国砷污染发生二十五年之后,稻砷案总算可以告一个段落。谁也不知道,会不会有新的砷污染方式被科学家发现,会不会有新的污染物质出现。我们不得不更加小心地去善待这个世界。尽管环境形势越来越严峻,但请相信,在科学面前,任何的环境恶魔都会将无所遁形。现在科学家正在利用各种生物及化学技术, 打断水稻对砷的吸收途径,还砷污染地区一碗干净的白米饭。
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