事实如此浪漫

河豚的致命毒药就在我们的脚下

一种生活在土壤中的扁虫,用TTX捕食更大的蚯蚓 彼得·杜西

l在土壤中,即使是在一个最平静和培育良好的花园下,乌尔金也是一种令人惊讶的凶猛捕食者:Bipaliumadventitium,一种大约100年前开始在美国出现的入侵性扁虫,很可能搭乘了来自亚洲的盆栽植物。虽然这些扁虫对人类无害,但它们可以捕食比自身体重大10倍的蚯蚓。即使当蚯蚓使用它们独特的防御方式,分裂并滑行时,扁虫也会追踪并吞食它们。

“是的,它们相当暴力,”纽约州立大学科特兰分校的进化生态学家彼得·杜西说。“事实上,它们会攻击比自己大100倍的蚯蚓,能吃什么就吃什么,剩下的就等死。”此外,还有这样一条:“当这条扁形虫吃东西时,它的嘴会从身体里出来,像床单一样躺在猎物身上,”杜西说。“这张纸释放的酶实际上会使蚯蚓液化,所以扁形虫可以简单地喝下残留物。”

如果这不是一个有着恐怖电影般的未来的蠕虫,我不知道是什么。不客气,编剧。

事实证明,除了液化酶,这些蠕虫还有另一个强大的工具。在一个有趣的发现中今年夏天早些时候出版在美国,科学家们证实了这两种细菌中都含有河豚毒素(TTX)Bipalium adventitium和一个表妹,Bipalium kewanse.TTX最常与日本河豚联系在一起,它通过阻断神经和肌肉组织中的电压门控钠通道来工作,从而阻止允许肌肉运动的电信号,导致瘫痪。蠕虫似乎是用这种神经毒素来固定猎物,然后再将其液化。

这一发现基本上震惊了研究毒素和藏匿毒素动物的科学家们。“TTX存在于各种各样的生物体中,从细菌、蠕虫、蜗牛到河豚,但所有这些都是海洋动物,”这篇新论文的主要作者安布尔·斯托克斯(Amber Stokes)说。“发现带有TTX的陆栖无脊椎动物确实是一个新发现,这可能是TTX来源的关键。”

河豚毒素的起源仍然是一个谜。因为TTX是一个“结构复杂”的分子,它可能需要“几个酶和许多不同的生物合成步骤,”说贝基·l·威廉姆斯,犹他州立大学生物学助理教授,尤因塔盆地。“这样一个复杂的途径不太可能在不相关的生物体内进化多次。”目前流行的理论是水生细菌产生这种途径,然后在食物网中进行生物积累——即产生TTX的细菌被一个更大的TTX抗性生物体吃掉,而另一个更大的生物体吃掉,等等。

但即使这种想法也有漏洞:例如,河豚鱼很可能是从环境中获得的,因为实验室饲养的鱼几乎没有TTX,斯托克斯说。而实验室培养的,含TTX的蝾螈实际上变成了更多随着时间的推移会产生毒性,这表明它们可能是通过肠道内的共生细菌或其他未知机制在体内产生的。

犹他州立大学的小埃德蒙德·“布奇”·布罗迪(Edmund“Butch”Brodie Jr.)说,这个新发现“给了我们一套全新的问题来研究”。50多年来,他一直在研究ttx肆虐的蝾螈和以ttx为食的袜带蛇。“很明显,(陆生扁虫的)毒素不是来自水生细菌。在这个系统中,扁形虫可以产生它,也可以从扁形虫吃的东西中浓缩它。有些海洋扁虫也有TTX,所以这是否意味着扁虫一般都能产生TTX,或者只是从它们吃的东西中富集TTX,我不知道。”

布罗迪补充说:“世界各地的许多实验室都在尝试用自己的系统来解决这个问题,但几乎不可能证明其中之一没有发生。”“我的猜测是,它在一些动物身上以一种方式出现,在另一些动物身上又以另一种方式出现。”

部分混淆源于河豚毒素在不同物种中具有如此广泛的功能。它似乎有三个主要用途:作为一种攻击性毒液,用来制服猎物,防御捕食者,以及令人惊讶的是,在物种间和物种内的交流中传递信息。例如,Bipalium扁形虫(以及一些海洋蠕虫)很可能仅将其用于狩猎,这取决于TTX在头部的浓度,蠕虫利用TTX攻击头部。相反TTX存在于河豚的皮肤中,所以它们很可能用它来抵御捕食者。某些马蹄蟹和海洋扁形虫的卵中也含有这种物质,这表明它可以保护卵不被捕食。

Diodon holocanthus这是一种长棘豪猪鱼,除了它的脊柱和膨胀的体型外,还能用河豚毒素来抵御捕食者。 Beth Swanson在Shutterstock报道

对于至少一种河豚来说,TTX似乎是一种爱情魔药;据介绍,处于性接受状态的雄性甚至可以通过迷宫找到通往它的路一项研究.另一方面,一些蜗牛被证明会寻找含有TTX的食物如果在饮食中积累TTX提供了选择优势,比如防御捕食者,这种行为可能已经进化。还有一些物种,如蝾螈,使用TTX作为警告信号。“在一些种群中,有很多同类相食的现象。年幼的蝾螈可以探测到水中的TTX,这可能意味着附近有一只成年蝾螈,它们可以被吃掉,所以它们知道要藏起来,”斯托克斯说。

综上所言,一些科学家将TTX称为“关键”分子,这意味着它能对如此多的生物体产生如此强大的行为效应,从而在总体上构建生态系统中发挥重大作用。但这也有待商榷,威廉姆斯警告说:没有人能够明确证明TTX对任何物种的生存都是必不可少的。

像某些蜗牛一样,人类似乎也被河豚毒素所吸引。首次记录的河豚中毒事件发生在2000多年前的古代中国。河豚鱼,或称“河豚”,今天在东亚仍然是一种美味佳肴,但只有由受过专门训练的厨师烹调时才是安全的。

20世纪初,日本科学家田原喜纯(yosh纯)成为第一个从河豚卵巢中分离纯化毒素的人,以河豚科四齿鱼科命名作为一种毒药,TTX比氰化物更强大;人体的致死剂量是2到3毫克。科学家最终在某些青蛙、蝾螈和蝾螈,以及螃蟹、腹足类、海星、某些藻类和臭名昭著的蓝环章鱼中发现了这种化学物质。这种小动物在澳大利亚和日本海岸的浅水池中被咬一口,你可能在20分钟内死亡。“在哺乳动物中,死亡通常是横膈膜瘫痪的结果,”Stokes解释道。如果你的隔膜瘫痪了,你就会窒息。

河豚毒素也被认为是海地伏都教文化中“僵尸粉”中的活性成分,不过声明称争议很大.詹姆斯•邦德(James Bond)系列小说的作者伊恩•弗莱明(Ian Fleming)喜欢把TTX作为一个情节点:在这两本书中来自俄罗斯的爱没有博士是企图暗杀邦德的化学物质2011年,一名芝加哥男子承认在网上购买毒素并密谋杀害自己的妻子

最近,TTX引起了神经学家的兴趣,因为它有可能治疗某些化疗引起的神经病变或神经疼痛的癌症患者,正在进行的TTX安慰剂对照试验的首席研究员Samuel Goldlust解释说。“它的剂量很小,比你在自然界看到的要小成千上万倍,它可以阻断钠通道,从而阻止疼痛信号进入大脑,而不会导致肌肉无力或瘫痪。”

现在Goldlust和他的团队正在完成第二阶段的试验,以确定合适的剂量;如果治疗效果良好,他们希望到2018年获得FDA批准。在那之后,通过注射的TTX就像其他毒素转化药物一样,肉毒杆菌素可以用来治疗其他类型的神经痛。

虽然人们已经研究河豚毒素几十年了,并且在食物网的各个角落都发现了河豚毒素,但关于河豚毒素,我们仍有很多不知道的地方。它可能意味着它所栖息的动物和它所处的生态系统的一切,也可能只是一种化学好奇心。在一种入侵性的陆地扁形虫身上意外发现了TTX,使得目前的情况更加复杂。但经过进一步的研究,它可能是最终锁定TTX来源的关键,并帮助科学家最终将这一谜团中的许多线索联系起来。


Amelia Harnish是纽约布鲁克林的一位作家。

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