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三条腿的蛤蟆?有的是!

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上世纪90年代中叶,美国明尼苏达州新村学校(New Country School)的一个小孩,捉到了一只三条腿的青蛙。自此,一出具有科幻色彩和惊悚气质的大戏拉开了帷幕,至今还未完结。

三条腿的蛤蟆?有的是!

从第一只青蛙开始,大批后肢畸形的蛙类进入美国人的视野,有的没有后腿,有的甚至长出了八条后腿。人们担忧这是环境污染造成的变异,引发公众恐慌。消息流传到中国之后,还有人创作了“变异青蛙有剧毒,成群结队攻击人”的恐怖故事,自称纪实文学,在纸媒时代盛传,吓到了很多人。

但在青蛙恐慌蔓延的时候,哈特维克学院(Hartwick Collage)的赛森斯(Stanley Sessions)和科罗拉多大学的约翰逊(Pieter Johnson)相继指出,这些畸形青蛙并非现代科技的恶果,而是纯天然的产物。

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畸形的青蛙 | Brett A. Goodman, Pieter T. J. Johnson / Wikimedia Commons

早在畸形青蛙引发关注之前,塞森斯就注意到了,一种吸虫纲的寄生虫Ribeiroia ondatrae,会寄生在两栖动物的后腿里,而后约翰逊和同事在实验室里,使用寄生虫感染蝌蚪。奇怪的事情发生了,蝌蚪长成了有多条后腿(或者干脆没有后腿)的蛙。R. ondatrae进入蝌蚪体内以后,集中在将来要发育为腿的位置。有一种类似维生素A的分子维甲酸(retinoic acid),对蛙类肢体的发育起着关键的调控作用,吸虫的存在会改变分子的浓度,使发育紊乱,产生畸形。

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感染吸虫,发育畸形的青蛙 | Pieter Johnson et al. / Science(1999)

虽然并非人类的阴谋,但多足青蛙背后的原因复杂而险恶。R. ondatrae的生活史非常繁复,让青蛙多长几条腿,是它完成生命周期的重要手段。

心狠手辣的吸虫

R.ondatrae吸虫的生命开始于卵,通过水鸟的粪便排到水里,孵化成第一阶段的幼体,称为毛蚴(miracidium)。如果遇见扁卷螺科,Helisoma属的水生蜗牛,毛蚴就会钻入它体内,在那里完成孢蚴(sporocyst)、母雷蚴(mother rediae)、子雷蚴(daughter rediae)三阶段的发育,并通过无性繁殖大量自我复制。最后,子雷蚴产生能游泳的尾蚴(cercariae),离开蜗牛进入水体,寻找蝌蚪作为第二个宿主。

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R. ondatrae吸虫的生活史 | Dorina Szuroczki & Jean M L Richardson / Oecologia (2009)

尾蚴在蝌蚪的后肢形成后囊蚴(metacercariae),同时打乱蝌蚪的后腿发育,使之畸形。多了腿的青蛙,跳跃和游泳能力都大大下降,很容易成为鸟的盘中餐,于是后囊蚴迁入鸟类的回肠,终于性成熟,授精产卵(顺便一提,它是雌雄同体)。

寄生生物操纵宿主并不稀奇,我们有操纵蚂蚁爬到树上散播孢子的真菌,还有让鱼变得胆大包天的绦虫,但是R. ondatrae让宿主的身体发生如此彻底的改变,在寄生虫中也是相当奇特的。

还是人类的错?

如果R. ondatrae一直存在,为何直到最近才引发关注?对照过去的两栖类研究,和博物馆里的蛙类标本,能够发现,吸虫的传播范围和严重程度,在现代有明显的上升。对蛙类这当然不是好消息。一些濒临灭绝的两栖类处境因此雪上加霜。

虽然人类并没有让青蛙长出许多腿,但吸虫的突然兴盛,跟人类的活动还是脱不开关系。从殖民者到达算起,美国开发的自然湿地,超过1亿英亩。人类对环境的影响不可谓不大。蓄水活动大到大坝,小到蓄水池,会养育大量的淡水螺类,为吸虫提供更多宿主(血吸虫病的防治,是水利工程必须考虑的一个问题)。而农业产生的肥料、畜粪等排入水中,造成水体富营养化,也使得螺类数量增长。

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R. ondatrae吸虫 | Internet Archive Book Images

人类对生物分布的影响,也是重要的因素。水族馆和水产养殖,甚至船只的压舱水,都把蜗牛、青蛙等R. ondatrae的宿主,搬运到美国各地,可能因此促进了寄生虫传播。人类大量开发自然湿地,水鸟的生存空间减少,“挤”在幸存少数湿地的鸟越多,密度越高,R. ondatrae传染的可能性越高。另一方面,一些适应力强的鸟,可能适应在稻田、鱼塘等人工水体中生存,甚至鸟口更加兴旺。前面说过,人工水体更容易因为富营养化,繁殖出大量的蜗牛,再加上大量可能含虫卵的鸟粪,结果就是吸虫的乐园,蛙类的噩梦。

参差多态是幸福

青蛙的病,反映的是生态系统的病态。对此,约翰逊提出了一个意味深长的假说:以生态之“药”,去治生态之“病”。他与同事们检查了圣弗朗西斯科湾(San Francisco Bay)几百处水池,发现物种数量多的水池,青蛙感染R. ondatrae的几率更小。

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感染寄生虫畸形的蟾蜍 | Pieter Johnson et al. / Canadian Journal of Zoology (2001)

在生态系统中,生物多样性增加,感染某一种病原体的几率会降低,称为稀释效应(dilution effect),因为物种越多,病原体越可能传到它无法生存的生物身上,进入死胡同。所以青蛙的健康,确确实实反映着生态系统的健康,而青蛙的命运,也关系到包括人类在内所有生物的命运。

参考文献

[1]Johnson, Pieter TJ, et al. "The effect of trematode infection on amphibian limb development and survivorship." Science 284.5415 (1999): 802-804.

[2]Lunde, Kevin B., Pieter TJ Johnson. "20. Parasite Infection And Limb Malformations: A Growing Problem In Amphibian Conservation." Amphibian Declines. University of California Press, 2005. 124-138.

[3]Venton, Danielle. "News Feature: Many species, one health." Proceedings of the National Academy of Sciences 112.6 (2015): 1647-1649.

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