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生态毒素学的隐现:可持续发展和人类生活

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生态毒素学的隐现:可持续发展和人类生活

晓木虫晓木虫官方认证 发表于 2014-11-20 15:09  
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近些年,有关我国境内胡蜂伤人事件的国内外报道呈井喷态势。其中陕西最为严重:仅2013年,陕西三市(汉中,安康,商洛)被胡蜂蛰伤的受害者就达1,675人,其中42人死亡。同年, 四川省有114人遭受胡蜂袭击并住院接受治疗,其中9人死亡;湖北,云南,贵州等地也频报胡蜂伤人事件。2011年7-9月间,湖北恩施县就有7-8人被胡蜂蛰致死。2013年12月,武汉同济医院发布了一个回顾性研究报告,研究对象是09 - 11年间,湖北省内1,091位胡蜂蛰伤的住院患者,其中48人死亡,住院死亡率达到5.1%。,超过了在我国发生的毒蜘蛛、毒蝎等陆生有毒物种的致死比率。胡蜂伤人致死业已成为一个严重的公共卫生问题。

无独有偶,上述事件应照了始于上世纪50年代,一场造成了连续40多年肆虐美洲的杀人蜂大祸。据美国德州农工大学报告称:杀人蜂的引入是一项失控的科学实验的结果。该项实验本意是选择性的引入某些特征,例如抗病性和更快的繁殖率至本土蜜蜂物种。然而,少数非洲蜜蜂逃出至野外,与本土蜜蜂物种杂交产生了新的非洲化蜜蜂,后者主要具有来自非洲蜜蜂的特征(如凶猛、暴躁、攻击性强等)。现在杀人蜂的繁衍数量已超过10亿,从南美洲蔓延到了美国的得克萨斯州和加利福尼亚州等地,已有1000人死于杀人蜂叮咬。

同样是生态危机造成的生物死亡问题:2010年4月20日位于墨西哥海湾的一座美国石油钻井平台起火爆炸,致7人重伤11人死亡。平台爆炸沉没约两天油井便开始漏油,漏油量高达5000桶/每天,随即美国政府宣布把此次漏油危机定为国家级灾害。这场灾害的另一直接显现是对脆弱墨西哥海湾生态圈投下的浓重阴影。那年冬天,当地海域内近400头世界珍稀海生物种-海牛丧生!

Discovery频道曾详尽地描绘了一个真实发生的人类生活侵扰自然界生态链失衡的鲜活案例。曾几何时,人们惊讶地发现,一些与人居住地临近海域的海豹上岸后群体性地表现出极度痛苦的酷似人类癫痫样病状。经几拨科学家的紧密跟踪研究,梳理出其背后的“罪魁祸首”竟是人类生活中毫无顾忌地尿素成分洗衣粉和农业尿素的滥用。经生活污水排放和农业用水流失进入大海,被海中的海藻吸收,在海藻内形成海藻酸(KA)类小分子物质,海藻被小鱼吞食,后者又被海豹猎食,因海豹自身缺失代谢和分解KA的功能,经食物链累积在海豹体内的KA便会激活中枢神经系统的KA受体,诱发了海豹的癫痫样病症。

中国民间对“毒性”与“毒素”的理解似乎比西方学界的定义更宽泛。凡机体呈现病变的现象可通归结为毒性发作,凡能引起毒性的物质可通认为“毒素”。中医理论中“由内而外,排毒养颜”,在一定范围内治病即是“排毒”。从这个意义上讲,以上案例中提及的无论“苯或氮氨”,石油污染物,PM2.5颗粒物以及KA类小分子物质均可归属毒素的概念范畴。

对于生物毒素的界定中西方间似乎认识不二。下面再举若干生物毒素的相关范例:

前面提及的“海牛之殇”另一始作俑者是单细胞红藻和真菌类微生物。海牛属大型海生洄游生物,洄游的路径长达数千海里。在海牛长途跋涉的路径中,常与近些年海洋频发的赤潮不期相遇。形成赤潮的主要成分为单细胞红藻,会释放甚至可随风飘逸的有毒物质。这种有毒物质在海牛体内的累积,同样可导致海牛群体的突发性“慢性中毒”死亡。2013年,生活在佛罗里达海域的海牛死亡数量已达创纪录的769头,约占海牛总数的15%。

生物种群的食物链将物种多样性与生态圈紧密相连,形成独特的有毒物种地域分布特异性:在墨西哥湾,生活着一种箭毒蛙(学名:Oophaga pumilio)。在繁殖后代时,会给新生的蝌蚪提供内置的“防御武器”:生物碱。成年的草莓箭毒蛙会从食物—包括蚂蚁、蜘蛛等—中获取生物碱。有趣的是,在相距仅数百公里的海湾对岸,同样的美国蛙种,却不具有任何毒性。

河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)是另一由食物链形成的“犯毒”团伙。人们一直认为TTX为河豚鱼所独有,但近期相继地从蟹、蛤等海生物种中检测出了类TTX物质。河豚毒素是寄生的产毒菌(海洋中的弧菌),在生长过程中分泌并积累的一种毒素,寄生在小球藻和小海螺上,由于河豚在生长过程中长期摄食带巨毒的小球藻和小海螺,这些毒素经食物链作用传递到河豚体内。其它物种的“染毒”途径或许也大致类似。

生态圈中的毒素的产生无疑包括人类活动和生物进化两方面原因。人的活动加剧了动物利用体内自我保护或摄食的内置武器—生物毒素的适应性进化。我们不得不悲观地设想,地球环境的恶化使得生物毒素演变成为大自然为达到“自净”目的对人类实行的类似“剔骨疗伤”报复行为?这种趋势并不耸人听闻!

让我们回首SARS事件:它是2002年首发于我国广东顺德,并扩散至东南亚乃至全球,直至2003年中期才被逐渐消灭的一次传染病疫潮。尽管SARS的起因众说纷纭,暂且不论果子狸是否可作为传播SARS病毒的最大中间宿主嫌疑,SARS事件已被公认为是近年来最具代表性的“生物毒素逆袭人类事件”。

再追溯到上世纪末,因食物引发的“O-157”大肠杆菌肠道传染病致使近万日本人感染,数十人死亡,一度造成全球性恐慌。八十年代末在我国上海地区爆发的群体性毛蚶食物中毒事件、另在我国西北地区频发的肉毒杆菌食品中毒死亡事件、屡禁不止的食用河豚鱼中毒死亡事件、在我国火爆的旅游业中屡屡发生的游客误食藜芦等百合科有毒植物的中毒事件等,究其祸根均归因于其已知或变异的生物毒素作祟。

另一方面, 在生物自我保护或摄食的主动与被动双重框架下,为实现适应性进化,生物间的内置武器有可能通过共生关系“经济地”互相借鉴。例如,古老蝎物种和海葵同属海生有毒生物,且研究表明:海葵毒素和α-型蝎毒素在钠通道靶器上占据同一位点。我们的研究发现,蝎毒素与海葵毒素的分子组装呈高度相似性,由此我们推测,两者间或许发生过基因的平行转移。即它们在长期趋异进化(divergent evolution)后留下来的相似性痕迹,提示两者可能起源自相同古老祖先[1]。

这项研究结果不得不促使我们应理性地看待“转基因食品”问题。在人类摄食大量“转基因”食物过程中,基因是否会发生除“垂直转移”外的“平行转移”形式?具体而言,发生“转移”的时间维度,物种交换,促发条件,风险评估等一系列未解疑题仍有待深度探索与解密。

不妨还需强调:生物毒素是一把“双刃剑”,正确的态度并不是“谈毒色变”,也不应是“借毒杀人”,而是“化毒为宝”。

生物毒素有“伤”人的一面,由此引申出“生物毒素和生物恐怖”的现实担忧[2]。生物毒素还有“治”人的一面,迄今,FDA已批准五种天然有毒动物源毒素的新药上市。以生物毒素为模板改造的新分子正成为未来药物研发的重点[3]。

最后,当我们经意不经意地连锁上述种种鲜活实例的生态与毒素因果关系时,眼前浮现的是一幅何等错综复杂且充满挑战的崭新交叉学科轮廓,即生态毒素学(Ecological Toxinology)。这门学科将是驽力多学科(生理、医学、生态、化学、物理、毒理、统计、社会等)交融,研究生态环境中有毒生物物种分泌的生物毒素结构组成、作用机理、潜在风险、治疗对策和利用价值探索等的社会性自然学科。

借用英国著名生理学家D.Noble在《生命的乐章》一书中的一段话作为结束语:“毫无疑问,经验来源于物质。两者之间的联系是客观存在的,正有待我们去深入探讨。但这又是一个非常艰巨的任务,所涉及问题的复杂性往往令人望而却步,因此我们更倾向于忽视其存在。这种情形的确会发生,比如,当我们试图弄清楚人类经验和物质现实之间的联系时,往往会说,“这真的很简单”,但事实并非如此”。

参考文献:

[1] Zuo XP, Ji YH. Molecularmechanism of scorpion neurotoxins acting on sodium channels: insight into theirdiverse selectivity. Mol Neurobiol. 2004, 30(3):265-78.

[2] 刘志睿, 吉永华. 邂逅幻化碧波的斑斓遐思—剪影夏威夷第17届世界生物毒素大会. 《生命的化学》, 2012年第32卷第5期,  J0017-J0020页.

[3] 刘志睿, 吉永华. 抗毒血清科技创新崎岖路上的簇星点点. 《自然杂志》, 2012年第34卷第5期,  299-303页.

生态毒素学的隐现:可持续发展和人类生活
daluhaha 发表于 2016-9-29 03:03  
谢谢您的分享!
丹丹aimuchong 发表于 2016-9-29 04:59  
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liuxin 发表于 2016-9-29 07:01  
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昆虫记晓木虫个人认证 发表于 2016-9-29 12:30  
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熙娅2014 发表于 2016-9-29 13:54  
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熙娅2014 发表于 2016-9-29 14:53  
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孤山野 发表于 2016-9-29 16:28  
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liu714 发表于 2016-9-29 16:37  
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xiaomuchongfei 发表于 2016-9-29 17:44  
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欢乐谷 发表于 2016-9-30 13:56  
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