2018年6月30日

蜜蜂與農藥的戰爭── 歐盟禁用新菸鹼藥物的始末

林宇軒/是個從學術象牙塔逃離的化學系所學生,比起做實驗,更愛分享科學故事,寫科普就是希望能和大家一起領略科學的力與美。

今(2018)年4月27日,歐盟認定新菸鹼類(neonicotinoid)藥物對蜜蜂有害,決議禁止含有益達胺(imidacloprid)、賽速安(thiamethoxam)或可尼丁(clothianidin)三種新菸鹼類農藥產品用於露天環境,一場持續超過20年的研究論戰才終於落幕。

拋出限制新藥使用的第一個「蜂」向球
要說起蜜蜂與農藥的戰爭,得把時間拉回到1994年的夏天。那時,風和日麗的法國田園,成片向日葵一如往常地隨風搖擺。在晴朗的天空下,綿延不絕的向日葵田間,偶有幾隻蜜蜂穿梭其中,牠們時而翩翩飛舞,時而駐足停留在向日葵上採蜜,並帶回自己所屬的巢穴供女王蜂與幼蟲食用。

不過仔細一看,這些蜜蜂似乎不太正常,他們只會在同一個定點飛來飛去,而沒有辦法朝下一朵花移動或飛回自己的蜂巢。不只野蜂不回自己的蜂窩,就連人類馴養的蜜蜂也出現這樣的現象,蜂農紛紛發現自家蜂窩裡工蜂的數量越來越少。


蜂農將矛頭指向這一株株的向日葵,他們認為都是因為蜜蜂從向日葵的花蕊上採粉、採蜜,才讓蜜蜂「迷航」、造成蜂農們損失慘重,並懷疑包裹葵花籽的披衣(seed coating)材料中含有一種會影響蜜蜂的物質。這項行之有年、為保護種子並供其營養的「種子披衣技術」,會在1994年才開始出現問題,是因為法國在這一年剛好核准了一種可添加在葵花籽披衣材料裡的新農藥,這個新核准的農藥正是屬於新菸鹼類分子的「益達胺」。

全世界最受歡迎的殺蟲劑
新菸鹼類分子並非1990年代才突然出現的,自1970年代起,就有不同的新菸鹼分子前驅物陸續被合成出來,而科學家們也發現了這些分子具有殺蟲的效果,如黃色貝殼商標的殼牌(Shell)公司,他們就在1970年代推出這類專利殺蟲劑,但是這個農藥的分子照光後卻會分解掉,使得英雄無用武之地、無法進行商業化產製賣給農夫使用。

一時的失意,並不代表尋找更高效殺蟲劑的旅程就此結束。1985年,化學巨擘拜耳(Bayer)公司利用10年前殼牌公司的失敗產品做出第一個合成出來的新菸鹼類分子益達胺,比起之前各家廠商合成的各種前驅物分子穩定又有效。此後,拜耳公司將益達胺製成農藥,於1991年將產品推出上市,很快就在全球瘋狂熱賣。
其他公司當然不會讓拜耳專美於前,在益達胺上市幾年後,同為全球市佔率數一數二的農藥生產商先正達(Syngenta)也推出了新的新菸鹼農藥產品,這個新產品內含的新菸鹼分子是賽速安,也是一種殺蟲不手軟的分子。面對競爭對手的攻勢,拜耳公司繼續推出其他如可尼丁等產品,後來也相當熱銷。

這次歐盟所禁用的新菸鹼農藥正是這三者:拜耳的益達胺、可尼丁,以及先正達的賽速安。令人驚訝的是,由於它們殺死害蟲的效果實在太好,以致於在2007年,這三種分子和其他的新菸鹼分子農藥,在全球就有高達25%的市佔率總和。

圖二:新菸鹼類藥物的作用模式。


探尋新菸鹼類農藥與蜂群減少的關係

讓我們回到1994年法國工蜂迷航的事件,當時蜂農發起的輿論持續的沸沸揚揚,這波民怨導致1999年法國禁止益達胺用於種子披衣技術中,不過當時並沒有任何科學證據可以佐證「益達胺是造成蜂群減少的元凶」,也就是說這項政策完全只是預防性措施。

為了解事情的真相,科學家著手研究益達胺與蜜蜂迷航之間的關聯。新菸鹼類農藥會殺死蜜蜂嗎?什麼樣的濃度會影響到蜜蜂正常的行為?而新菸鹼類的農藥影響蜜蜂行為的原理又是什麼?

科學家發現受餵食高劑量新菸鹼藥物的蜜蜂(Honeybee, Apis mellifera)的確會死亡,但即使將劑量降低到不會讓蜜蜂死掉的程度,蜜蜂的行為仍然不正常,許多蜜蜂在接受該類藥物後會改變進食習慣,離巢覓食也變得較不頻繁,但只要每次出去、就會待上更長的時間。此外,也有研究發現該類藥物會影響蜜蜂的記憶和學習能力,使牠們辨識花朵的能力變差,甚至完全無法學會辨認牠們所需要去覓食的花朵。

研究人員也找到了昆蟲會被新菸鹼類藥物影響的可能原因,由於新菸鹼類分子的高水溶性,因此能隨毛細現象散佈到植物體內各處,當昆蟲吃了植物的某個部位後,也一併吃進了新菸鹼類分子。當這些分子進到昆蟲體內後,便會和昆蟲神經系統的尼古丁乙醯膽鹼受體(nicotinic acetylcholine receptor, nAChRs)結合。一般來說,原本用來傳導神經電訊號的乙醯膽鹼分子和受體結合後,會刺激接收端的神經細胞繼續傳遞電訊號,直到乙醯膽鹼酯分解酶將它分解掉為止。然而新菸鹼類分子結合到昆蟲的受體上以後,卻無法被分解酶處理掉,反而一直卡在受體上,使得神經細胞不斷放電,造成昆蟲的神經系統過度......【更多內容請閱讀科學月刊第583期】

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