文／魏昕宇｜科學公園主編，高分子科學與工程專業博士。

人類的夏日好麻吉

又一個炎熱的夏季即將結束。相信在這個夏天裡，很多人選擇到海邊遊玩，讓清涼的海水和溫柔的海風幫助自己忘記酷暑帶來的煩惱，充分地放鬆身心。在去海邊度假的時候，大家通常都會把防曬乳帶在身邊。在盡情享受自然之美的同時，通過防曬乳等防曬工具來避免陽光中的紫外線對人體造成的損害，已成為人們的共識。

防曬乳究竟是靠什麼幫助我們抵禦紫外線帶來的傷害呢？主要是靠含有苯環結構的有機物，例如對氨基苯甲酸、甲氧基肉桂酸辛酯、氧苯酮等。別看這些化合物的名字拗口難記，它們絕對稱得上是為我們皮膚健康保駕護航的大功臣。這些化合物能在紫外線有機會接觸人體之前就將它們吸收掉，避免紫外線傷害皮膚，破壞細胞中 DNA 的結構。目前世界上大約有 50 種這樣的有機物被批准用於防曬乳的生產。除此之外，二氧化鈦和氧化鋅這兩種無機物的微粒也經常被用於防曬乳，它們不僅能夠強烈吸收紫外線，還能夠將入射的部分紫外線反射或者散射掉，從而進一步避免紫外線與皮膚接觸。

防曬乳如何入侵海洋生態？

防曬乳中的這些活性物質通常很難溶於水，因此當我們到海裡游泳或者嬉戲時，塗抹在皮膚表面的防曬乳應該老老實實地待在皮膚表面替我們阻擋紫外線。然而在海水的浸泡下，總有少量的防曬乳經不住「誘惑」。於是，在許多海濱旅遊區，前面提到的那些名字拗口的化合物紛紛在海水中現身。雖然這些物質的濃度並不高，通常每公升海水中只有幾十到幾百奈克（1 奈克＝ 10^-9公克），但自然界中原本並沒有這些物質，顯然是人類的活動讓它們出現在海洋裡。除此之外，研究人員還發現，防曬乳中的這些活性成分不僅存在於海水中，還出現海邊的沙子裡和海底沉積物裡，甚至聚積在一些海洋生物的組織中。這些事實無可辯駁地證明，人類的活動確實導致這些化學物質進入海洋生態環境[1]。

有些人可能會說，我在海邊的時候並沒有下水游泳，只是在沙灘上曬太陽，應該不會讓身上的防曬乳污染海水吧？可是不要忘了，當你回到家洗澡時，皮膚上的防曬乳總會被逐漸沖洗掉；還有一部分防曬乳會在皮膚與衣服接觸的過程轉移到衣物的表面，然後又在我們洗衣服時被洗掉。無論是洗澡的廢水還是洗衣服的廢水，它們的最終歸宿都是經過城市污水系統處理後排入河流，最終匯入大海。目前的研究表明，進入水中的防曬乳的各種化學成分並不能在污水處理的過程中被徹底去除，因此難免進入海洋[1]。從這個角度看，哪怕你在使用了防曬乳之後只是坐在家門口曬曬太陽，防曬乳中活性成分對海洋的污染同樣有你的「功勞」。

那麼進入海洋的這些化學物質會有怎樣的影響呢？由於不同的防曬乳活性成分化學結構和性質差別很大，因此它們對海洋生物的影響也不盡相同。有些活性成分對海洋生物並沒有明顯的影響，但另外一些則具有較強的毒性。例如有研究表明，磺異苯酮和氧苯酮這兩種結構具有一定相似性的防曬乳活性成分，前者對浮游生物的半最大效應濃度（EC50， 指一種藥物能夠引起最大效應的一半時所需要的濃度）在每毫升 10000 奈克以上，而後者則低達每毫升 14 奈克。顯然氧苯酮的毒性要大得多，目前環境中探測到的每公升幾十奈克的濃度已經能夠對海洋生物造成一定的影響 [2]。還有一些防曬乳中的活性成分的化學結構與生物體內某些激素相似，因此有可能干擾生物正常的生理機能。

另外，許多防曬乳中的活性成分在海洋環境中還會發生進一步的反應，這些反應產物的毒性也值得關注。在前面我們提到，防曬乳中活性成分的主要任務就是替皮膚不斷吸收紫外線。在皮膚表面上，這些活性物質本來是可以經受紫外線照射的考驗而保持化學結構的穩定，然而當這些物質進入海水後，隨著化學環境的變化，有些化合物的穩定性也會大打折扣，在光照下發生降解，或者與環境中的其他化學成分發生反應，而這些新生成的化合物同樣有可能對海洋生物產生負面影響。一個典型的例子是進入海水的二氧化鈦微粒能夠在光照下促進過氧化氫的生成，而過氧化氫對海洋生物有著明顯的毒性[3]。

不能只想到你自己

當然，從目前的研究看，即便是對海洋生物負面影響比較明顯的那些防曬乳活性成分，在海水中的濃度仍然非常低。然而不要忘了，用於防曬乳活性成分的有幾十種化合物，除此之外，在防曬乳中還有著大量起輔助作用的成分，也就是通常所說的非活性成分或者輔料，這其中包含的化合物更多，並且同樣可能進入海水。也許這種物質在海水中的濃度很低，那種物質的濃度也不高，可是這幾十種物質加起來，仍然是一個可觀的數字，對海洋生物的危害可能就會比較顯著，而這也正是許多科學家擔心的問題。在 2008 年，義大利科學家證實，微量的防曬乳就能夠導致珊瑚的白化[4]，不過由於實驗手段的限制，關於海水中防曬乳的污染對於海洋生態環境的影響，我們仍然缺乏更加深入和全面的認識。

那麼，面對目前的狀況，我們應該怎麼辦呢？放任防曬乳中的各種化學成分進入海洋當然不可取，但為了避免可能的污染就禁止人們到海邊旅遊，或者乾脆禁止防曬乳的生產和使用，也是不實際的。我們應該做的，是透過更多的研究來更加清楚地認識防曬乳中的化學成分對海洋生態環境的影響，將那些對海洋生物危害較大的化學物質逐漸淘汰，以更加綠色環保的成分代替。只有這樣，我們才能在享受海洋帶給我們的歡樂的同時，更好地保護我們賴以生存的環境。

本文轉載自科學公園。

參考文獻：

• [1] David Sánchez-Quiles, Antonio Tovar-Sánchez, “Are sunscreens a new environmental risk associated with coastal tourism?”, Environmental International, 2015, 83, 158
• [2] E. Paredes, S. Perez, R. Rodil, JB Quintana, R. Beiras, “Ecotoxicological evaluation of four UV filters using marine organisms from different trophic levels Isochrysis galbana, Mytilus galloprovincialis, Paracentrotus lividus , and Siriella armata ”, Chemosphere, 2014, 104, 44
• [3] David Sánchez-Quiles, Antonio Tovar-Sánchez, “Sunscreens as a Source of Hydrogen Peroxide Production in Coastal Waters”, Environmental Science & Technology, 2014, 48, 9037
• [4] Roberto Danovaro, Lucia Bongiorni, Cinzia Corinaldesi, Donato Giovannelli, Elisabetta Damiani, Paola Astolfi, Lucedio Greci, and Antonio Pusceddu, “Sunscreens Cause Coral Bleaching by Promoting Viral Infections”, Environmental Health Perspectives, 2008, 116, 441

輾轉反側，徹夜難眠的時候，您幾點起床？就算醒了，工作效率是否異常低落？
在此，請您非但別只想到自己，還要拿出一點同理心：因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲，也深受困擾。

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊，有一篇標題冗長的論文，叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉^[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson，認為歌唱的時辰與類型，對於喜鵲的社交生活相當重要，並以此做為研究主題^[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前，有些人就已經沒什麼社交生活，更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV，人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

於是，牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先，研究團隊架設陷阱，用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後，再關進裝有監視器的房間裡。接著，為了測量腦電波圖（electroencephalogram, EEG）與肌肉電位圖（electromyogram, EMG），科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉，植入電極貼片（electrodes），方便之後記錄睡眠狀態^[1]。

然後，喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器，左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡，盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前，不加以掩飾；第二次猶抱琵琶半遮面；第三次開始蓋子完全擋住凹槽，令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期，全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」（associative learning），蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子，發現下面藏有食物。這樣重複 15 次，讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難^[1]。

結訓後，研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」（chilled, unmoving mealworms），為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動，科學家也期望牠們展現「反轉學習」（reversal learning）的能力。將蓋子的顏色調換，要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點^[1]，例如：

1. 喜鵲做出第一次選擇時，是否有延遲的行為。緩慢的反應，代表注意力不集中，或動機下降。
2. 喜鵲得經過幾回，才能達到連續 12 次嘗試中，有 10 次正確的及格分數。
3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們，便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段，喜鵲們被劃為三組，分別體驗下列三種睡眠模式之一：無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪，以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招，包括：迫近或拍打鳥舍、發出噪音，或是輕撫充滿睡意的喜鵲^[1]。如同可憐的臺灣中學生，明明前晚都沒睡飽，隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲，怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料，沒睡飽的喜鵲容易犯錯，而且要花較長的時間，才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機，傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示，失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度（alertness）、注意力、警戒等級（vigilance）等，都會受到負面影響^[1]。

除了喜鵲考試的成績，科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺，也不要唱歌。最後就算唱了，單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出，頻寬變得狹窄，內容相較貧乏，顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通，大同小異。當一個人睡眠不足，說話的速度會緩慢下來，咬字不如平常清晰，語句重覆的機率提高，甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息^[1]。

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域，分辨敵友，並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落，也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果，與喜鵲有那麼多的相似處，下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前，我們是不是應該先睡飽，再來思考怎麼社交呢？

備註：此實驗結束後，參與受試的澳洲喜鵲，均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料：

1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)