蜜蜂與農藥的戰爭──歐盟禁用新菸鹼藥物的始末

  • 文/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。

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 (clothianidin0) 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。

bee pollination on sunflower

穿梭在花田中的蜜蜂/圖片來源:Unsplash

新藥有問題?!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──新菸鹼藥物

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,以至於在 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。

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得沸沸揚揚,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他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興奮,最終導致昆蟲癱瘓、死亡。

這些對昆蟲來說相當致命的毒物,對我們人類卻沒有太大的影響。其實人體的神經細胞上也有這種接收神經傳導物質的受體,只不過昆蟲的受體和脊椎動物的蛋白質結構不同。新菸鹼藥物之所以不會對脊椎動物有太大的影響,是因為其與脊椎動物的受體結合力較弱,相對地容易從脊椎動物的受體上分離,當然也不會造成神經細胞過度興奮。

新菸鹼類藥物的作用模式/圖片來源:Bio Ninja

隨著新菸鹼類農藥造成危害的證據越來越多,歐洲食品安全管理局 (European Food Safety Authority, EFSA)統整諸多研究,並在 2013 年陸續公布幾項風險評估報告,報告指出這三種新菸鹼類農藥對蜜蜂的健康造成很高的風險。雖然當時沒有取得多數會員國的共識,但歐盟基於保護蜜蜂的立場,仍決定在 2013 年 12 月 1 日起「暫時限制」這三種農藥的使用範圍,只要是會吸引蜜蜂的植物、穀類以及其種子、土壤和葉面的處理等都不得使用。

不過,針對歐盟的暫時禁令,民間仍有許多不同的聲音。批評者認為此時為止的所有研究,沒有一個算是真正的野外調查,全都是實驗室裡的測試,只有少數幾項研究是「模擬」野外環境,但他們也質疑研究者怎麼知道餵了含有農藥的花粉,農藥的劑量就真的是跟野外環境相符合?

遺失的最後一塊拼圖──野外蜂群的大規模調查

一直到 2015 年 4 月,終於有了第一個確確實實的野外調查研究,。瑞典南部隆德大學的倫德洛芙(Maj Rundlöf)率領她的研究團隊親自種了 16 塊油菜花田,其中 8 塊種了含有可尼丁農藥的種子,另外 8 塊用的則不含農藥,每塊地彼此間隔 4 公里以上。他們統計了每塊地方圓 2 公里內區域的野蜂密度、獨居性壁蜂 (Mason Bee, Osmia bicornis) 的築巢活動性以及熊蜂 (Bumblebee,  Bombus terrestris)蜂巢的重量,發現有使用可尼丁農藥的田附近,野蜂密度較低、壁蜂築巢量下降,且熊蜂蜂巢重量成長得較為緩慢,也因此證實了新菸鹼藥物的確會干擾野生蜂群的活動。

File:Bombus terrestris queen - Tilia cordata - Keila.jpg

熊蜂/圖片來源:Wikipedia

File:Male red mason bee (Osmia bicornis), Sandy, Bedfordshire (8694209006).jpg

壁蜂/圖片來源:Wikipedia

論文發表後,多家大型企業的發言人發表聲明,認為這篇研究的證據並不足以支持倫德洛芙的論點。他們注意到論文中也發現一般蜜蜂的蜂群並沒有因為可尼丁而受到影響,並認為在「區域內野蜂密度」這個項目所統計到的野蜂數量過少,不具統計上意義,根本不能當作證據。

雖然這項研究有些微瑕疵,卻也讓質疑新菸鹼藥物的聲浪越來越大。為了解決這個證據支持性的問題,拜耳與先正達兩家公司決定挹注 300 萬美金(折合台幣 9 千萬),讓英國的生態與水文學中心(Center of Ecology & Hydrology, CEH)進行更大規模的野外研究。研究人員選定了英國 12 處、德國 9 處與匈牙利 12 處,共 33 塊油菜花田進行實驗,每塊油菜花田彼此距離 3.2 公里以上,在冬天的時候預先種下含有可尼丁、賽速安或是不含新菸鹼農藥的種子,並等到油菜花開花後,將一般蜜蜂與熊蜂的巢以及壁蜂搭配人為提供的築巢材料放到試驗田中央,等待 1~2 週後統計分析所受到的影響。

沒想到,最終實驗結果竟讓拜爾與先正達公司跌破眼鏡,根本可以說是自打臉。2017 年這項大規模研究發表在《Science》上,研究人員認為整體來說新菸鹼藥物對三種蜂類的確造成了負面影響,結果顯示英國與匈牙利農藥使用區的蜜蜂巢中的工蜂數量減少,在匈牙利更觀察到蜂卵數量降低,不過在德國農藥使用區的蜜蜂蜂巢卻匪夷所思地產生了更多蜂卵,而工蜂數量則沒有明顯變化。另一方面,野蜂的部分,發現農藥使用區的熊蜂女王蜂產卵量在三個國家都是呈現負相關,也就是農藥殘留量越高,產量越低;而農藥使用區的壁蜂製造的蜂房數量也不分國家都呈現負相關,農藥殘留量越高,壁蜂製作蜂房的數量與效率越差。

從播種到蜜蜂相繼迷航、死亡,這些殺蟲劑是如何對蜜蜂產生作用的?/圖片來源:科學月刊提供

不斷翻轉的結局

不過,拜耳和先正達兩家公司的發言人在論文發布記者會的當下,透過記者抨擊研究結論非常令人懷疑,他們緊咬著論文數據的的可信度不放,儘管如此,大量的統計分析結果的確受到許多科學家的認可,一位拜耳公司的科學家對此字斟句酌地表示:「我認為新菸鹼藥物的確是對蜜蜂有些本質上的影響,不過就實際情況而言,正確使用的話,我們還是沒看到任何有效證據可以說明這些藥物會傷害蜜蜂。」

2018 年 2 月,歐洲食品安全局再度統整近年研究,並正式宣告新菸鹼藥物危害蜂群證據明確,歐盟委員會最終在 2018 年 4 月 27 日決議,要在 2018 年底全面禁止戶外使用新菸鹼農藥,但居家環境仍可使用,以免繼續傷害蜂群。

持續了超過 20 年的研究論戰到此暫告一段落,不過仍有科學家對禁令表示憂心,因為禁用可能造成害蟲增加、導致農業產量下滑,甚至可能有農民為了要殺蟲而用了更毒的藥物,造成更可怕的環境問題。只是,新菸鹼農藥繼續用下去,也有機會讓蜂群崩潰,讓蜜蜂大量減少,或許這樣才是更加慘烈的,因為寂靜的春天可能會連作物都無法順利成熟結果。歐盟的決定的確影響了世界各國決定新菸鹼藥物的去留,但究竟禁用了之後結果如何,也只有時間能告訴我們答案。

在接觸過新菸鹼類藥物後,個體乃至群體的死亡可能「蜂」擁而至。/圖片來源:科學月刊提供

延伸閱讀

  1. Cressey D., The bitter battle over the world’s most popular insecticides,  Nature, Vol. 551, pp. 156-158, 2017.
  2. Butler D., EU expected to vote on pesticide ban after major scientific review,  Nature, Vol. 555, pp. 150-151, 2018.

〈本文轉載自《科學月刊》2018年 7月號 583期〉

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