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举个栗子:蚂蚁也有解毒药?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-17) 387次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:蚂蚁也有解毒药?

提到解毒药,许多朋友的脑海中一定会浮现出文学作品中常见的情景:某位武林高手不慎被仇人下毒,奄奄一息之际,好友及时赶来,灌下一碗汤药,不出片刻就转危为安。文学作品中的描写当然有许多荒唐和夸大之处,不过现实生活中确实有一些“解毒药”存在。它们能够与一些有毒的化学物质起作用,从而消除这些毒物的毒性。万一某些有毒物质进入我们的身体,这些解毒药能够及时帮助我们恢复健康。

不过解毒药可不是人类的专利,有些动物也懂得利用它。今天我们就来看一看蚂蚁是如何利用解毒药的。

举个栗子:蚂蚁也有解毒药?

本文最先上场的角色是原产南美洲的入侵红火蚁。上个世纪 30 年代,入侵红火蚁在无意中被引入美国南方,很快就在当地蔓延开来,让人们头疼不已。入侵红火蚁适应能力极强,能够在各种环境中筑巢,它们的巢穴经常对农田、庭院甚至住宅造成极大破坏。入侵红火蚁不仅会捕食各种昆虫,还会攻击鸟类和小型哺乳动物,因此对生态环境造成很大的破坏。另外,入侵红火蚁极具攻击性,如果它们的巢穴被打扰了,工蚁就会蜂拥而出,爬到人或动物的身体上,用上颚抓住皮肤,用腹部末端的螫针刺破皮肤,注射毒液。被红火蚁叮咬的人会感到皮肤像被火烧一样疼痛,“火蚁”一名由此而来。被叮咬过的地方会出现肿胀,虽然这些肿胀会逐渐消失,但某些患者会发生严重感染或过敏反应,个别甚至会死亡。据估计,美国每年用于防治入侵红火蚁和治疗入侵红火蚁叮咬上的开销高达 50 亿美元。

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入侵红火蚁之所以有如此大的威力,一个重要原因是它能够分泌毒性很强的毒液。虽然我们还没有完全弄清楚入侵红火蚁的毒液的作用机制,但已经基本确认毒液的主要成分是各种生物碱。生物碱是指一大类存在于生物体内的含有氮元素的有机物,氮原子的存在会让分子呈现出碱性,生物碱由此而得名。许多生物碱都有很强的毒性,例如我们非常熟悉的尼古丁、吗啡,以及让人闻之色变的剧毒物质乌头碱、马钱子碱。除了生物碱,入侵红火蚁的毒液中还含有许多蛋白质,有些蛋白质也可能具有毒性,或者帮助生物碱扩散进入被叮咬者的组织。

由于入侵红火蚁的强大威力,它们所到之处,当地原有的蚂蚁几乎销声匿迹。然而,在入侵红火蚁在美国南方的土地上肆虐横行几十年后,戏剧性的一幕发生了。自上世纪末开始,本文的另外一位主角,同样原产南美的蚂蚁——黄疯蚁也被引入美国南方。这种个头比入侵红火蚁小一些的黄色蚂蚁到来之后,迅速把不可一世的入侵红火蚁打得落花流水,甚至连入侵红火蚁的蚁巢都被黄疯蚁占领了。这种现象自然引起了科学家的兴趣,黄疯蚁到底是凭借什么秘密武器击败入侵红火蚁的呢?

美国得克萨斯大学的研究人员仔细观察了黄疯蚁的生活习性,特别是与入侵红火蚁的竞争。他们发现,黄疯蚁不像本地的蚂蚁那样躲得远远的,它们会经常主动向入侵红火蚁发起进攻,和它们争抢食物。面对挑战者,入侵红火蚁自然毫不客气地将毒液喷洒到黄疯蚁的身上。然而接下来,有趣的一幕发生了:黄疯蚁把自己腹部弯曲起来,使得腹部末端的毒腺接触到上颚,然后用上颚反复舔舐自己的肢体(图 3)。如何解释这种看上去奇怪的行为?科学家们想到了一种可能:黄疯蚁用自身分泌的毒液去消除入侵红火蚁毒液的毒性。

举个栗子:蚂蚁也有解毒药?

为了证实这个猜测,研究人员设计了一系列巧妙的实验。他们将指甲油涂抹到一部分黄疯蚁腹部末端的毒腺,这样黄疯蚁在遭到入侵红火蚁毒液攻击时就无法使用自身的分泌物来清洗身体,而另一部分只是涂抹到黄疯蚁腹部的两侧。接下来他们让这两组黄疯蚁分别与入侵红火蚁接触,观察它们身上沾染入侵红火蚁的毒液之后的存活情况。过了 8 小时之后,腹部末端没有被堵住的那组黄疯蚁有 98%都存活下来了,相反,腹部末端被堵住的那一组黄疯蚁,只有 48%能够存活。很显然,黄疯蚁腹部腺体分泌的液体能够有效地降低入侵红火蚁毒液的毒性。为了进一步证实他们的结论,研究人员又选用阿根廷蚁做了实验。阿根廷蚁不像黄疯蚁那样能够分泌“解毒药”,因此一旦遇到入侵红火蚁的毒液几乎必死无疑。然而如果把黄疯蚁分泌的液体涂抹到沾染上入侵红火蚁毒素的阿根廷蚁身上,阿根廷蚁的存活率就会大幅上升。这就进一步表明黄疯蚁分泌的液体是对付入侵红火蚁毒液的解毒良药。

看到这里,各位读者一定很好奇,黄疯蚁的解毒药里面到底隐藏着哪些神奇的化学物质呢?答案再简单不过了,竟然只是一种有机物——甲酸。事实上,许多种类的蚂蚁都会分泌甲酸来进行自我防御,而人们最早发现甲酸就是通过蒸馏蚂蚁得到的,因此甲酸又叫蚁酸。为了证实甲酸的解毒作用,研究人员又用阿根廷蚁进行了一系列实验。他们发现,如果使用甲酸的水溶液代替黄疯蚁分泌的毒液去清洗遭受入侵红火蚁攻击的阿根廷蚁的身体,阿根廷蚁的存活率同样能够显著提高,这就无可辩驳地表明甲酸是黄疯蚁“解毒药“中的有效成分。那么甲酸究竟是如何与入侵红火蚁的毒液作用并降低它的毒性的呢?很遗憾,目前我们还不是很清楚它的作用机制。科学家们猜测,甲酸也许能让入侵红火蚁毒液中的某些酶失效,也不排除它能够与入侵红火蚁毒液中的主要成分——各种生物碱起作用。

一旦消除了入侵红火蚁的毒液的毒性,黄疯蚁就会以牙还牙,同样以毒液攻击对方。有意思的是,黄疯蚁的毒液并不像入侵红火蚁那样含有特殊的化学物质,它的主要成分——甲酸和一些烷烃,在其他蚂蚁中也很常见。不过甲酸和烷烃的结合对付入侵红火蚁确实很有效,能够杀死大量的入侵红火蚁。研究人员还特别注意到,虽然其他许多蚂蚁也能分泌甲酸和烷烃,而黄疯蚁分泌的量要远远高于其他蚂蚁,因此他们推测靠数量取胜很可能是黄疯蚁在与其他蚂蚁竞争中占优势的一个重要原因。这就好比两个人都带着手枪,其中一人只有几发子弹,面对危险恐怕只能鸣枪示警;而另一个人身上有几十发子弹,因此可以放心地开枪还击。

入侵红火蚁和黄疯蚁的原产地都在南美洲,这两种蚂蚁在那里互相竞争,黄疯蚁明显更占上风。黄疯蚁的这种独特的解毒行为可能是在与入侵红火蚁的长久竞争历史中进化出来的,因为研究人员发现,如果将黄疯蚁和其他种类的蚂蚁放在一起,黄疯蚁在遭受对方毒液攻击后并不会那么积极地用自身的毒液去解毒。我们为黄疯蚁能够赶走美国南方的入侵红火蚁感到惊奇,但实际上这对冤家可能已经上演过无数次类似的故事了。

对于美国南方的居民来说,入侵红火蚁被黄疯蚁取代恐怕也并非值得庆幸的事情,因为黄疯蚁也会像入侵红火蚁那样到处筑巢破坏设施,并且大肆攻击其他生物。看来“流氓”虽然被赶走了,取而代之的却是更厉害的“恶霸”。在不远的将来,那里的人们可能还要继续因为入侵物种带来的生态问题而头疼。不过对于研究人员和普通读者来说,入侵红火蚁和黄疯蚁的故事倒是个很不错的例子,让我们能生动地了解自然的神奇和进化的强大力量。[作者:嵌段共聚物 (高分子科学与工程专业博士,现从事企业研发工作)]


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