張 輝 劉玉玲

（河源市環(huán)境監(jiān)測站，廣東 河源517000）

工業(yè)革命開始，科學技術開始走上人類歷史舞臺，其重要性逐漸得到人們的重視。 科學給人類提供了一個嶄新的認識方法和觀念，加深了人類對自然界和人類社會，包括人自身的認識，產(chǎn)生了科學知識。在這個過程之中就形成了一套系統(tǒng)的深刻的科學方法，進而產(chǎn)生了一個人類的嶄新的觀念，叫做科學觀念，我們一般又叫做科學思想，從而導致人類進入理性社會。技術是經(jīng)濟增長之源，科學是技術發(fā)明之根，教育是科學和技術之本，而機制和體制又是這一切的關鍵，觀念又是這一切的關鍵之關鍵[1]?？茖W技術對世界經(jīng)濟和社會的影響，第一條就是科學導致人類進入了理性社會。 由此，人類開始更快地創(chuàng)造出更多的價值，使得科技更新速度越來越快，社會財富積累的速度越來越猛。

1 化學品的逐漸豐富

1.1 出現(xiàn)

從遠古時代到公元前1500 年， 人類用了二三百萬年的時間在實踐經(jīng)驗的直接啟發(fā)下經(jīng)過長期摸索才創(chuàng)造出最早的化學工藝，如給絲麻等織物染上顏色。 沒有形成化學知識，人類只是盲目地憑經(jīng)驗進行改造自然，發(fā)展緩慢。

1.2 發(fā)展——僅依賴經(jīng)驗

之后三四千年的時間人們一直迷戀于長生不老藥和黃金，只有感性認識，只崇尚煉丹術和煉金術，不能夠真正地去認識煉丹術、煉金術中存在的規(guī)律?；瘜W品僅是局限在人們的簡單的衣食住行及藥物學和冶金學中。 人類只是盲目地進行各項活動，憑經(jīng)驗，逐步提煉出技術，然后在改進技術的過程中產(chǎn)生出科學， 遵循生產(chǎn)—技術—科學的模式，發(fā)展速度沒有很多提高。

1.3 化學品的大量產(chǎn)生——實驗及理論的指導

在之后的二三百年，隨著冶金工業(yè)和實驗室經(jīng)驗的積累，人們總結感性知識，進行化學變化的理論研究，開始有了理性認識。化學家為解釋各種現(xiàn)象，做了大量的實驗，發(fā)現(xiàn)多種氣體的存在，積累了更多關于物質轉化的新知識。 特別是燃素說，認為化學反應是一種物質轉移到另一種物質的過程，化學反應中物質守恒，這些觀點奠定了近代化學思維的基礎。而后，俄國化學家門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律，德國化學家李比希和維勒發(fā)展了有機結構理論， 為現(xiàn)代化學的發(fā)展奠定了基礎。 這些科學理論對人們的生產(chǎn)實踐具有指導意義，使人們根據(jù)化學反應的原理不斷合成出更多更有目的性的化學品。 從此，化學品便豐富起來，不但是各種合成產(chǎn)生的多樣性，而且隨著工業(yè)的發(fā)展，數(shù)量也極具增加。 即，近代科學誕生以后，人類就逐漸明白并學會了一種方式，就是做事情首先通過科學實驗，認識事物，發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律，然后用這個理論指導我們。 人類的活動模式，就從生產(chǎn)技術科學轉向科學技術生產(chǎn)，人類進入了理性社會。

這種理性的科學和思維方式，加速了人類的發(fā)展速度，也把人類帶入了一種困境中——人類正被人類的發(fā)明所危害。

2 化學品的負面效應

2.1 巨大的環(huán)境壓力

工業(yè)革命以來，隨著科學技術的飛速發(fā)展，人類改造大自然的能力逐漸增強。人們所創(chuàng)造出的許多前所未有的物質被有意無意地排放進入環(huán)境，并成為垃圾，甚至毒物。人類目前日常使用的合成有機化學品已達10 萬種之多， 并且這個數(shù)字正以每年500～1000 種的速度遞增。 而且隨著全世界人口數(shù)量的增加，向環(huán)境中排放的廢物數(shù)量不斷增加，而且有些化學產(chǎn)品(如聚氯乙烯塑料袋)特別難降解，使得環(huán)境所承受的壓力不斷加大。

2.2 前所未有的危害性——環(huán)境內分泌干擾效應

近代科學誕生以后，人類利用科學的觀念，即通過科學實驗認識事物并發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律，指導我們的實踐活動，不斷創(chuàng)造出各種化學品，如殺蟲劑、除草劑，使人類一時的利益得到滿足。例如，瑞士化學家Paul Muller 于1938 年發(fā)明出威力無比的殺蟲劑DDT， 為消滅困擾人類幾千年的農(nóng)業(yè)害蟲帶來了福音，這種被譽為“奇跡殺蟲劑”的農(nóng)藥隨即便在全球廣泛地使用。 同樣，在1938 年，英國科學家Dodds 合成出己烯雌酚(DES)，這種化合物被當作預防流產(chǎn)和改善孕期種種不適的靈丹妙藥使用了近30 多年。然而，很快人們就發(fā)現(xiàn)了這些化學物質的另一面，最終DDT 因其致癌作用而被徹底禁用，DES 因其致畸作用而被禁用于孕婦。

隨后，一系列離奇古怪、令人費解的現(xiàn)象也在世界各地開始出現(xiàn)，許多有關野生生物及人的報告使人憂心忡忡：行為異常、生殖能力下降、幼體死亡等。 并且也不斷發(fā)現(xiàn)了一些問題產(chǎn)生的原因——某類特定的有機物。 例如：1970 年人們第一次發(fā)現(xiàn)軟體動物的性畸變現(xiàn)象，雌雄同體的動物發(fā)生雌性化，后來發(fā)現(xiàn)這與船體表面的防腐油漆三基丁錫有關[2-3]； 這之后的80 年代， 佛羅里達州的Apopka 湖的短吻鱷(Alligator)的卵僅有18%可以孵化，而且孵化后的幼體有一半在短期內死亡[4]，有人認為這可能是佛羅里達地區(qū)的湖水受殺蟲劑污染造成的；1992 年丹麥哥本哈根的研究人員發(fā)現(xiàn)1938 年到1990 年睪丸癌發(fā)病率急劇上升[5]。

20 世紀80 年代后期人們開始尋找這些現(xiàn)象的內在原因，美國的Theo Colborn 把這些七零八落的事件擺在了一起，發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)異?，F(xiàn)象都和激素控制的發(fā)育過程相關，從而與內分泌系統(tǒng)聯(lián)系起來[6]。環(huán)境中的某些污染物質進入動物體后，會模擬、阻斷、加速或減弱了動物體內物質的正常的代謝、合成或分解，從而對動物體的生理活動產(chǎn)生影響，人們把具有這些作用的化合物稱為環(huán)境內分泌干擾物(EEDs)，把這些化合物所引起的這類作用稱為內分泌干擾效應[7-9]。

既然發(fā)現(xiàn)了這樣的化合物及其內分泌干擾效應的存在，人類不禁要進一步想辦法，利用現(xiàn)有的及正在發(fā)展中的科技來探索各類化合物的環(huán)境內分泌干擾效應及其機理，并對管理和使用化學品起到指導作用。

3 環(huán)境內分泌干擾效應的

3.1 傳統(tǒng)毒理學

3.1.1 傳統(tǒng)毒理學的產(chǎn)生及發(fā)展

要解決這些問題，首先要了解這些問題是如何產(chǎn)生的，即這些化學物質在環(huán)境中的分布及如何對生物體產(chǎn)生毒害效應。毒理學便應運而生。 現(xiàn)代毒理學的起源可以追溯到西班牙醫(yī)生Orfile(1787-1853)的工作。 1815 年，他出版了一本著作，首次研究了化學物質對生物體的負面效應。

基礎生物學、化學和生物化學的發(fā)展促進毒理學取得了很快的進展。 現(xiàn)代先進的儀器設備和化學分析技術，為低濃度的化學毒物及其代謝產(chǎn)物提供了高靈敏度的分析方法， 拓展了現(xiàn)代毒理學的研究領域，使之成為一門研究物理因素、化學物質和生物因素對有機體的損害作用及其機理的科學。 如，人們利用近代科學方法探討并發(fā)現(xiàn)多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)的性質——優(yōu)良的阻燃效率、熱穩(wěn)定性，從而在建材、紡織、化工、電子電器等行業(yè)把它作為阻燃劑廣泛地應用。由于沒有化學鍵的束縛，PBDEs 易于從產(chǎn)品中特別是在電子廢品堆放及回收利用過程中向環(huán)境中釋放?？萍嫉陌l(fā)展，各類實驗器材和實驗方法的提高，如定量測定的精確度越來越高，使人們從環(huán)境中檢測出這些化學物質成為可能。1981 年在瑞典的梭魚、鰻鱺和海鱒中發(fā)現(xiàn)了PBDEs 的存在[10]，之后又在海魚、貽貝、底泥中檢測到了PBDEs[11]。1987 年，Jansson 等人[12]首次提出把PBDEs 歸結為一類全球性的環(huán)境污染物，自此不斷有報道從空氣、水和人體中檢出PBDEs，并且最近幾年在世界范圍環(huán)境中其含量呈快速上升趨勢[13-14]。

3.1.2 傳統(tǒng)毒理學的檢測方法——實驗方法

生物學研究越來越深入，從生物體水平到細胞水平，又到各類蛋白質分子水平，人類開始可以看清生物體正常運行的規(guī)律，激素調控基因的表達，基因轉錄，氨基酸以基因為模板合成出相應的蛋白質。一方面，人類了解生物界的相似性，便學會利用整體的動物進行實驗，借以探究對人類可能存在的危害；另一方面，整體是由部分組成，透過現(xiàn)象研究事物的本質，人們把整體的毒性效應剖析為幾個方面，一方面一方面地去微觀深入的角度探究作用機制，如要細致地研究擬激素物質是如何誘導蛋白質的表達，利用誘導受體激活實驗或重組基因酵母法，通過檢測報告基因編碼的酶活性或蛋白表達的變化，探索化合物對基因的表達的影響[15-16]。

毒理學的發(fā)展，不僅僅是為了探究化合物的毒性，更重要地是為管理者控制和管理化學品的使用提供依據(jù)，在人類大規(guī)模使用它們之前就能夠明確其毒害性，以避免后期造成更大的危害。 對化合物進行毒性鑒別、使用區(qū)分的這個過程即為化合物的篩選。 動物實驗有悖動物倫理，并且花費大，耗時。誘導受體激活實驗研究的快速發(fā)展為化合物的篩選提供了簡單而有效的手段。而重組基因酵母法既可檢測化學物與動物體相關蛋白質的結合能力，又可檢測結合后引起的生物學效應，而且能夠區(qū)分激動劑和拮抗劑，與受體結合試驗相比可提供更多的信息，因此成為篩選的有力工具[17-18]。

3.1.3 傳統(tǒng)毒理學的缺陷

合成有機化學品所導致的污染問題仍在繼續(xù)上演。隨著化學品數(shù)量、種類及其毒害性的不斷加劇，人們不得不對其更加重視。人們正努力做到提前了解這些物質的毒害效應，以盡可能地減少和控制它們對人類產(chǎn)生的危害。 對這些合成有機化學品進行環(huán)境風險評價，是預防和控制其污染的前提。 有機化合物的理化性質、環(huán)境行為與生態(tài)毒理學數(shù)據(jù)是進行環(huán)境風險評價的基礎。如何提前了解有機化合物的理化性質等？ 依靠傳統(tǒng)毒理學的觀念，應該對待研究的所有化學物質進行實驗來分析其毒理效應的大小。 這樣做，對于少量地明確要測毒害性的化學品是可行的而且是必須的，但是對于現(xiàn)代社會如此大量的化學品，要全部測試，不但測試費用昂貴，而且實驗數(shù)據(jù)存在較大的不確定性。 即人們對于化學品的管理，缺乏毒理學性質的數(shù)據(jù)。

3.2 計算機和生物等學科的發(fā)展

計算機科學和硬件不斷進步，分子生物學和化學也有了相同重要性的發(fā)展，這一切都為毒理學提供了一個強有力的新工具。

20 世紀特別是40 年代以來，生物學吸收了數(shù)學、物理學和化學等的成就，逐漸發(fā)展成一門精確的、定量的、深入到分子層次的科學。人們認識到生命是物質的一種運動形態(tài)。 生命的基本單位是細胞，它是由蛋白質、核酸、脂質等生物大分子組成的物質系統(tǒng)。生命現(xiàn)象就是這一復雜系統(tǒng)中物質、能和信息三個量綜合運動與傳遞的表現(xiàn)。 美國得克薩斯大學的Saal 在《Science》上發(fā)表的一篇文章闡釋了性激素在胎兒雌雄兩性分化過程中的重要作用，他在進行“子宮鄰位效應”的研究中發(fā)現(xiàn)，即使是極低濃度的激素變化都可以造成小鼠子代截然不同的性格特征[19]。

20 世紀以后，各個科學領域和技術部門都相繼發(fā)展起來，大量的計算迫切需要人們去解決、實現(xiàn)。社會上對先進計算工具的迫切需要，從根本上促使現(xiàn)代計算機的誕生。 特別是第二次世界大戰(zhàn)前后，各國爭先發(fā)展軍事科術，這使得對高速計算工具的需要更為迫切。 在此期間，德國、美國、英國都在進行計算機的開拓工作，幾乎同時開始了機電式計算機和電子計算機的研究。之后，隨著網(wǎng)絡的普及，計算機更走進各個行業(yè)和千家萬戶。 計算機的廣泛應用，常常產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，從而引起產(chǎn)業(yè)結構、產(chǎn)品結構、經(jīng)營管理和服務方式等方面的重大變革。微處理器和微計算機已嵌入機電設備、電子設備、通信設備、儀器儀表和家用電器中，使這些產(chǎn)品向智能化方向發(fā)展。 總之，現(xiàn)在的計算機已經(jīng)把人類帶進了新的歷史階段，使人們的生活更先進，工作更快速，科研更精深。 科研工作中，人們不僅實現(xiàn)了利用計算機來對大量的數(shù)據(jù)進行處理，而且也正在逐漸利用它來模擬生物及社會的作用機制[20]，以進一步探究其發(fā)展變化之規(guī)律。

3.3 計算毒理學

科技在發(fā)展，相應地生物學和化學也在發(fā)展，即人們對人類乃至其它動物的內分泌系統(tǒng)了解地越來越深入，對化學品的性質認識程度也不斷加深，從而為毒理學的深入發(fā)展提供基礎。 并且隨著人類經(jīng)過第三次科技革命，計算機及各種軟硬件技術得到飛速發(fā)展，全世界的經(jīng)濟文化發(fā)展速度超出人們的預料。當現(xiàn)有的經(jīng)濟水平已滿足人們的基本需求，當環(huán)境污染日益突出，當人們注意到大自然不是只有人類自己，人類需要和大自然的生靈和諧相處。 人們簡單的只為發(fā)展經(jīng)濟的思維模式便開始發(fā)生轉變：減少動物實驗，減少實驗動物的痛苦。面對大量的化學品，面對正在盛行的污染，人們迫切要求找到更多關于毒理性質的數(shù)據(jù)以便提前預防污染、控制規(guī)劃好化學品的使用。 人們關于毒理學的思維模式也變發(fā)生了轉變[19]，即由傳統(tǒng)毒理學向計算毒理學的轉變，要求計算毒理學：（1）覆蓋大量的化合物、化學混合物、產(chǎn)物及生命階段；（2）減少測試的費用和時間；（3）使用更少的動物并對使對所研究動物造成的痛苦最?。唬?）為評價環(huán)境負荷物的健康效應發(fā)展一門更加強大的科學基礎。

計算毒理學是一門正在發(fā)展的研究領域，它把分子生物學和化學的進步和建模及計算科學熔合在了一起， 以提高毒理學領域的預測力。這將使得對許多要處理的環(huán)境污染物的危害性的確定更有效率和效果，并減少污染物對人類健康和環(huán)境造成的破壞的不確定性。 計算毒理學和傳統(tǒng)的毒理學在許多方面有不同點，但最大的不同點可能是“尺度”。 如，所研究化合物的數(shù)量、所研究路徑的范圍、所測試生物學組織的水平、所考慮的暴露條件的范圍以及生命階段、性別和物種的覆蓋率。在所有這些領域中，計算毒理學都將取得相當大的進步，成為一門更具預測性的科學[21]。 從而彌補了有機物環(huán)境行為與生態(tài)毒理學數(shù)據(jù)的缺失，大幅度降低了實驗費用，并在一定程度上減少和替代了實驗(尤其是動物實驗)。為人們深入探討毒物的作用機理提供了便利，從而為人們能夠更好地管理和利用好這些化學物質提供依據(jù)，而且這種依據(jù)更容易得出[22]， 使人們節(jié)省出更多的時間用于其它價值的創(chuàng)造，也更好地利用了計算機這個工具，為人類創(chuàng)造出更大的價值。對于這些化學品，只有管理和利用好，才能發(fā)揮它們的最大價值，不然就是廢物，甚至毒物。 這也是對其對經(jīng)濟發(fā)展的促進作用的另一種詮釋。

4 結論

隨著人類社會的不斷進步，有目的性或無意中產(chǎn)出的化學品的量不大增大，如農(nóng)藥或工業(yè)副產(chǎn)物。 人們從一開始對其毒性的無知而廣泛利用到后來禁用后環(huán)境殘留的繼續(xù)影響，以及新的化合物新的內分泌干擾效應等新興化學品危害性的顯現(xiàn)，使人們不得不加大對其的關注力度，從而也促使了毒理學這么科學的產(chǎn)生。由于科技的進步，計算機的使用范圍越來越廣、可用空間越來越大，生物學對生命探究地也越來越深入，以及社會進步使得人們思維模式的轉變，促使傳統(tǒng)毒理學向計算毒理學轉變。計算毒理學致力于把計算機及分子生物學的相關知識應用在許多方面，包括用于解決化合物量的大量增長帶來的環(huán)境問題和計算生物體的內部反應機理[23]。 除此之外，計算毒理學中所包含的毒理學路徑的知識也將直接被應用于研究一系列劑量水平的生物反應，包括那些與暴露人數(shù)能夠更吻合的劑量水平。 這一系列的事實正向我們闡述了一個道理：科技的進步，影響了人們的思維模式，同時，不同學科之間相互滲透，相互促進，在新的思維方式的指導下進行更進一步的研究，從而進一步促進了社會的發(fā)展。

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