2021年12月24日 09:00
【科學快訊】
空氣汙染對於人類的傷害，研究已經很多了。但對動物來說，空氣汙染會產生什麼樣的影響呢？
懷著這樣的疑問，我們研究組做了些關於信鴿和獼猴的研究。
空氣汙染會如何影響動物？| Pixabay
信鴿，歸心似箭
2016年，我們研究了信鴿在空氣汙染條件下的歸巢行為，試圖探究在個體層次，動物會采取哪種策略來適應汙染的大氣環境。
我們選擇華北地區的信鴿作為研究對象，出於以下幾個原因：
其一，信鴿的導航機制比較明確，基本上可以認為是兩步走，以太陽和地磁為主的定向，和以嗅覺和視覺為主的定位。傳統上常常被忽略的嗅覺，其實在信鴿導航機制中起到至關重要的作用。大量的研究顯示，嗅覺導航在鳥類尤其是信鴿歸巢過程中可能發揮了最主要的作用。
第二，中國的賽鴿運動相當發達，僅在華北地區，每年釋放的信鴿數量就多達幾百萬。這就使鳥類群體飛行數據的收集成為可能。這個量級的數據，是野生鳥類研究無法獲取的。
第三，選擇華北，是因為這個區域是我國空氣汙染最為嚴重的地區。賽鴿比賽行程一旦確定，通常而言，不會因為空氣汙染而取消比賽，這樣就使空氣質量指數（Air Quality Index， AQI）有了足夠的變化範圍。
經過篩選，我們保留了415場賽鴿比賽的數據，將整場比賽完賽的賽鴿平均成績作為因變量，建立了包括比賽距離、順逆風、溫度、AQI等因素在內的多元回歸模型，結果發現，隨著AQI的增加（空氣汙染程度的加劇），信鴿加快了歸巢速度。在控制了其他變量後，AQI每升高50，歸巢速度就提升約2.23%。
信鴿歸巢速率與空氣質量指數的關系 | Li et al。
2016
信鴿歸巢速度加快，可以用兩個假說來解釋——其一是導航機制假說，其二是歸巢動機假說。
導航機制假說認為，空氣汙染使得信鴿更容易找路了，嗅覺導航在信鴿歸巢中起到非常重要的作用，而汙染的空氣中，可能會有潛在的強化嗅覺導航的化學信號可供信鴿歸巢所用。
歸巢動機假說則主要認為，信鴿是被空氣汙染「嚇回家」的，汙染的空氣會增加信鴿的風險感以及歸巢動機，導致信鴿快速地逃離汙染環境。
兩種假說都能解釋「信鴿更快回家」，區別在哪裏呢？如果信鴿是因為空氣汙染而更方便找路了，那麼不但飛回家速度會變快，整體的歸巢率也應該會增加——畢竟迷路的信鴿變少了。
而如果信鴿是被空氣汙染給嚇到了，因為害怕而想更早回家，那麼歸巢率就不會上升。嗅覺導航地圖沒得到加強，信鴿即使早點回家的動機再強，也是白搭。
我們認為，歸巢動機假說可能是主要機制，也就是汙染環境下風險感的增加，是刺激信鴿加速回巢的主因。
但嗅覺強化假說也有一定的可能，這是因為，盡管鳥類依賴於嗅覺信號的間接證據很多，但至今沒有直接證據，甚至連潛在的嗅覺信號是什麼都沒有明確的說法。
如果鳥類依賴於嗅覺地圖，那麼這種化學信號一定是可以天然產生的，按照一定梯度廣泛分布的，甚至是具有一定氣味的。常見的某些空氣汙染物，恰恰是能夠滿足這些要求的。
循著這些想法，我們重新分析了華北地區信鴿比賽的歸巢率。結果發現，空氣汙染物中的臭氧（O3），二氧化氮（NO2）濃度升高時，信鴿的歸巢率會顯著提高。
臭氧和二氧化氮的影響雖然顯著，但貢獻率很低。這也很容易理解，因為嗅覺地圖肯定是多種信號相互協調構成，即便上述兩種汙染物真的發揮作用，肯定也只是很小的一部分。
信鴿比賽 | 中國信鴿協會
之前的數據是整場比賽所有信鴿的平均成績，是建立在群體水平上的分析。今年年初，為了驗證是否信鴿在個體水平上也是這種表現，我們又以我國西南地區近300只信鴿的多次參賽數據，按照不同的汙染物建立模型，也發現了同樣的結果，信鴿在臭氧和二氧化氮濃度提高時，歸巢速度會顯著提高。
總而言之，空氣汙染時，信鴿回家都飛得更快些。
獼猴，打成一片
完成信鴿的工作後，我們轉向了南京紅山森林動物園的大約90只獼猴。
信鴿這個研究，反映的是空氣汙染對個體的影響。獼猴這個研究，我們想研究的是空氣汙染對社群的影響。社群裏個體的互動有很多種，最典型的就是社群沖突。
那麼，空氣汙染會不會加劇獼猴的社群沖突，導致群體的打鬥增加呢？
獼猴 | 南京市紅山森林動物園
利用紅外視頻監測系統，我們收集了整群獼猴一年的社群沖突數據，以天為單位，建立了包括遊客數量、溫度、天氣以及AQI等環境因素在內的獼猴社群沖突多元回歸模型。
由於我國2013年開始大力氣整治空氣汙染，在獼猴研究工作進行的2017~2018年，南京的空氣質量非常好，整年下來空氣質量處於優或者良的達到了302天，AQI最高為307，但社群沖突模型的分析結果仍然符合我們的預期。隨著AQI的增加，獼猴的社群沖突，也就是打鬥行為的確增加了，AQI的貢獻率達到了0.039，雖然不大，但至少說明，空氣汙染可能會激化獼猴群體的內部矛盾，導致社群沖突增加。
其他導致沖突增加的因素也很有意思，比如溫度對於沖突的貢獻率達到了0.145，顯著高於AQI，而且溫度與獼猴社群的打鬥呈現非線性關系。隨著溫度的升高，獼猴的社群沖突先增加再降低，在25~29攝氏度時，獼猴的沖突最激烈，也就是說天氣太冷了或者太熱了，猴子也不願意打鬥。
這樣的結果其實和人類社會非常接近，很多研究都顯示，高溫會顯著增加不發達國家發生戰亂的可能性。
溫度和AQI對南京紅山森林動物園獼猴社群沖突的影響
| Xu et al。
2021
此外，遊客的數量及參觀行為，也會顯著影響獼猴的社群沖突，這很可能是因為遊客的不文明行為，比如投喂或者吵鬧，激化了獼猴的群內矛盾。
馬拉松成績下降，
交通事故增加……
相對於動物，空氣汙染對於人類行為的影響研究要多得多，也要細得多。
空氣汙染會影響到人的心理和行為。我們收集了包括北京、上海、南京、杭州、武漢等全國13個城市的兩千多份大學生調查問卷，探究空氣汙染和人的心理及行為表現的關系。結果表明，我國大學生中有接近90%的人會感受到空氣汙染對生理和健康的影響，這些影響包括常見的咳嗽、過敏、呼吸急促等，有超過一半的人在空氣汙染時心理和行為會受到影響，包括感到焦慮、煩躁或傷心，減少戶外運動，以及快速逃離汙染環境的意願等，而在巴基斯坦開展的類似的一項研究中，上述比例也都過了70%。
空氣汙染會影響到體育比賽的成績，尤其是對一些接近體能極限的運動，比如馬拉松。我們收集了從2014到2018年中國一共4740名運動員的9053份比賽成績，數據清洗後篩選出266名至少參加過五次馬拉松比賽的運動員（132名女性和134名男性）。通過線性混合模型分析了六種汙染物（PM2.5，PM10，SO2，NO2，CO，O3）對馬拉松運動員成績的影響。
結果顯示，男性馬拉松運動員的成績受到二氧化硫（SO2）和臭氧（O3）的影響，而女性運動員的成績則受到SO2、O3、PM10和PM2.5的影響。
控制了其他變量後，隨著臭氧和二氧化硫的濃度升高，男女運動員的完賽時長都明顯增加。
普通大眾更關心的細顆粒物汙染物——PM10和PM2.5，我們的研究只發現對女性運動員的影響顯著。
空氣汙染可能也會影響到司機的駕駛行為及交通事故發生率。我們以某個隔離的小島為例，連續收集了2014~2017年的交通事故數據以及相應的環境參數。結果發現，PM10和PM2.5從國家標准一級濃度增加到二級濃度時，交通事故分別增加了近35%和11.1%。
空氣汙染可能是影響駕駛員生理、心理和認知功能的一個初始因素，進而在更複雜的維度上影響司機的駕駛行為，從而引起交通事故。當然，這一發現還只是相關性研究，並不足以得出空氣汙染導致日交通事故增加的因果結論，需要進一步研究探索明確的心理和生理影響途徑。
空氣汙染甚至會影響到社會糾紛及違法犯罪。最近美國國家經濟調查局資助哈佛大學和加州大學戴維斯分校的兩名學者，分析了美國東部大都市芝加哥十餘年的城市犯罪數據，並在控制其他變量的情況下，發現處於空氣汙染下風口的區域，暴力犯罪上升了2.2%，但財產犯罪並未受到影響。同期來自英國勞動經濟研究所在倫敦等地開展的研究，也得到了類似的結論，AQI每上升10，犯罪率就提升0.9%，這意味著倫敦汙染最嚴重的日子（AQI 103.6）裏，其犯罪率較汙染最輕的日子（AQI 9.3）裏要高8.4%。而導致這一結果的原因，可能在於空氣汙染可以通過生理學和心理學兩條途徑影響到人的行為，進而影響到社會關系及違法犯罪。
除此之外，還有研究發現，空氣汙染甚至與股票收益之間存在負相關。原因可能在於空氣汙染導致了負面情緒，而負面情緒帶來了不利的經濟後果。所以，如果想在股市裏多賺錢，不要在霧霾天交易，可能是個不錯的策略！
空氣汙染的多層影響
盡管仍舊存在諸多爭議，但「人類世」的到來已經得到越來越多科學家的認可。人類已經成為地球上最具影響力的物種，人類的改造力量已經導致地球發生了極大的變化，這些變化包括全球變暖，陸地、空域、水體的汙染，以及伴隨著生境惡化而來的生物多樣性喪失。
從我個人粗淺的理解，汙染對動物的影響，至少包含了四個層次——細胞和生理層次、個體層次、社群層次以及種群層次。
在生理層次，霧霾中含有大量的細顆粒物以及附著的化學汙染物，這會嚴重影響動物的生理機能及生理健康。比如，這些汙染物會導致動物心肺功能減弱，造成嚴重的呼吸障礙；在人類中甚至會導致心腦血管疾病甚至癌症發病率的大幅提升。
在個體行為層次，霧霾汙染可能會導致動物的逃避反應，比如，霧霾汙染嚴重，動物可能和人類一樣，會降低戶外活動時間，或者想方設法逃離霧霾汙染的環境。
在社群層次，霧霾汙染可能會引起個體的生理及心理異常，進而增加了個體的攻擊行為，引起社群秩序紊亂。
霧霾汙染甚至在動物種群層次上，也會存在影響，當然這種評估非常困難，因為這需要大尺度上的時空監測。比如，依賴視覺導航的遷徙鳥類，如果在遷徙途中遭遇持續的、嚴重的霧霾汙染，它們可能會迷失方向，改變遷徙路線，或者推遲遷徙時間。而這期間，一旦發生極端的降溫降雨過程，就會導致大批量的野鳥死亡，這種死亡的量級，是在遷徙的種群基礎上，可能是幾百、幾千只，也可能是幾萬只。
空氣汙染的這些效應，需要得到更多的研究與關注。
2013年起，我國花大力氣開展空氣汙染治理以及空氣汙染相關的健康影響研究。
自從我國采取了降低排放的嚴格措施後，與2014年相比，2018年的六大空氣汙染物均有15%以上的下降。
同呼吸，共命運。治理空氣汙染，對人，對動物，對我們賴以生存的環境，都會帶來深遠的好處。
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作者：李忠秋 本文來自果殼
