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嚥下最後一口氣後才開啟的戰國時代:屍體是怎麼被分解的?

對於屍體我想人人都是避之唯恐不急,但可曾有人有點好奇,究竟屍體分解是發生了什麼事?圖/by gfpeck @ flickr, CC BY-ND 2.0

最近家裡的小貓過世,我們跟很多人一樣選擇了火化,趁牠的形體還沒有太大改變時就真實體世界消失,在記憶中留下牠完整的模樣。其實不管是人還是毛小孩,我們都不希望看到原本活生生的個體,在死後遺體受到大自然力量拆解,慢慢在其它生物的作用下變形腐爛,讓養份重新回歸這個生態系。

我們對於遺體總是選擇避而不談,更不要說去觀察或研究它,但這種對遺體避之唯恐不及的衝動幫助我們的老祖宗保命,因為在傳染病肆虐的年代,接近細菌密度很高的屍體可能害自己也染病送命。但是到了現代,我們應該可以壓住心裡想逃的衝動,讓好奇心出來曬曬太陽吧。到底動物遺體分解時是發生了什麼事?好啦不用擔心,接下來我會以科學報導的方法講下去,保證不會有害你吃不下飯睡不著覺的畫面描述或照片出現的。讓我們繼續看下去。

大自然資源回收公司

在莊嚴的追思會撫平哀傷,死者入土為安後,一場你看不見的風暴才正要展開。這些在一般人眼中的屍體,對其它生命來說卻是一個有很多待開發資源的美麗新世界。當動物嚥下最後一口氣,也就代表來自身體的一切防堵微生物的免疫機制正式關機,微生物隨人顧性命的戰國時代宣佈開始。

mouse編的屍體Q  圖/ 截自 動物暖男排行榜

Metcalf 等人在 2013 年發表了一篇研究,帶領我們觀察老鼠屍體在實驗室裡腐敗的過程,連續觀察 48 天裡的變化。屍體腐敗的過程根據外觀可以分成三個階段,死後 0 到 3 天的樣本算是新鮮屍體期(fresh),6 到 13 天的樣本算是腐敗前期(active decay),20 天以後的樣本算是腐敗後期(advanced decay)。在腐敗前期的前半段屍體會逐漸腫脹(6 到 9 天),屍體在這段時間裡會脹破。過程裡這些步驟對住在這裡的微生物會有毀天滅地的影響。由於在這場大戲裡參與的演員太多,研究人員是使用 DNA 分析的方法來幫微生物們點名。不過這個研究是在實驗室裡做的,主要想看微生物的變化,所以在野外分解屍體時會出現的昆蟲沒有獲得邀請。

腸子裡的戰國風雲

這持續 48 天的腸道監測結果讓我們看到這場動亂發生的過程。原本動物的腸子裡就住有大量細菌,在駐守的免疫系統停擺之後發生了一場大戰,生長快速的 Gammaproteobacteria 數量慢慢增加,終在第 6 天成為最大黨,數量超過原本在動物腸子裡的那些厭氧常駐細菌。這些細菌很快打破及溶掉細胞,用掉細胞裡殘存的養份。這段時間裡無氧代謝持續進行,開始出現屍臭。屍體體壁敵不過細胞的奮力開挖,在第 9 天之前就被細菌分解溶破,第一次讓腸子裡的微生物看見外面的光。

不過看不看得到光對它們來說並不重要,反而是開了這個洞之後,外界的氧氣可以長驅直入灌進體內。對我們來說氧氣是好東西,但對腸子裡的厭氧細菌真菌和原生動物來說可就是場大屠殺。這些在動物腸子裡頭的厭氧菌像是被淋了雙氧水一樣會大量死亡,它們在這個打擊後一蹶不振,慢慢退出搶食動物養份的戰場。

原本動物的腸子裡就住有大量細菌,在駐守的免疫系統停擺之後發生了一場大戰,生長快速的 Gammaproteobacteria 數量慢慢增加,終在第 6 天成為最大黨,數量超過原本在動物腸子裡的那些厭氧常駐細菌。圖/截自細菌與人體國度

動物死後一個月,這時能利用的養份已經被用掉大半,土壤裡的細菌開始進駐屍體,參與最後的養份回收工作。一隻動物的養份就在這些微生物的分工合作(誤)憑本事討生活(正)裡重新被撿回生物體裡繼續下一輪生命,像是去重新投胎了一樣。這樣的養份循環,讓生命得以延續下去。

這樣的一個研究,除了滿足我們的好奇心跟製造惡臭和老鼠骨頭標本外,有沒有什麼實際一點的價值哩?你一定沒想到,這個研究對法醫學來說可是個有用的嘗試。電影影集裡的法醫做了個你沒看到的檢驗就能告訴你人死了多久,其實是靠看屍體種的狀況或屍體裡出現的昆蟲這些線索來推論,是需要有強大的研究基礎來支持的。在這個研究裡研究人員比較了細菌組成,發現死後不同時間的老鼠肚子裡會出現不一樣的細菌,而且可以用他們找到的菌相來推測死亡時間,可以猜得蠻準的。

自然界回收遺體,有沒有 SOP?

這個團隊在 2016 年初又發表了下一階段的研究結果。這次他們想知道自然界回收遺體的過程到底有沒有 SOP,是不是在每個地方的屍體分解都會走上相同的過程。這個研究問的問題當然跟人有關,每個人帶著大致接近的腸道細菌,但是發生兇案時有人死在森林有人死在河邊,我們得先知道屍體腐敗過程會不會因地而異。

他們把老鼠遺體分別放在採自草地、森林或沙漠的土壤上做了個連續 71 天的實驗,發現細菌組成的改變都一樣,不會因為放在什麼樣的土壤上而有不同。這樣一來,菌相變化的研究結果就有機會可以適用在不同土地上了。不過未來在實際運用前還得要再對溫度濕度的影響做校正才行。

這是個力爭上游的勵志故事

他們下一個想問的問題是,這些造成遺體分解的細菌主力部隊(我叫它們「分解團」),到底是來自原本住在腸道裡的菌,還是原本附在皮膚上的細菌,或者根本是土壤裡原本住著的細菌跨界跑來接案的呢?在分析比對分解前後各部位的細菌組成之後,研究人員發現不管是放在哪一種土壤上,這些「分解團」的細菌最有可能是原本土壤菌群裡的成員。

這個團隊先前做過的另一個實驗也支持這個說法,當時他們發現放在一般土壤上的老鼠,屍體腐敗的速度會比放在滅過菌的土壤上快兩到三倍,證實土壤裡的細菌可以幫助屍體腐敗。而且當研究人員回到實驗第一天時測得的數據裡去找這些「分解團」在哪裡,才發現這些分解過程裡的主力部隊,原來在初期時只佔了 0.1% – 0.4%。誰能想到這種在開始時一定被忽略的少數份子,可以持續壯大,最後拆解掉整隻巨獸呢?(你還在革命嗎?繼續下去吧!)

「分解團」剛開始只佔非常少數,但最後卻是分解的主力,是不是很力爭上游很勵志呢?圖/By Jerome Charaoui (Charaj) , FAL, wikimedia commons

老鼠不是人

老鼠畢竟不是人,在老鼠做的實驗結果不一定會在人的身上再現。可是要拿人做這實驗是可行的嗎?難道要把人的遺體放在院子裡做腐敗測試嗎?

被埋在土裡的mouse編的屍體Q  圖/ 截自 動物暖男排行榜

聽起來好可怕。不過重要的實驗就算再可怕,還是得要去做才能得到可用的結果,只是配套措施得做好就是了。他們在美國的 Sam Houston State University 裡的 Southeast Texas Applied Forensic Science Facility 法醫研究機構裡進行實驗,使用的是已完成捐贈手續的遺體。遺體被放在戶外,模擬在戶外死亡的狀況。而實驗地點得遠離人群,不然那惡臭會讓人老遠就開始皺眉頭了。研究人員在冬天進行了一次為期 143 天的實驗,又在春天進行了一次 82 天的實驗。

他們得到的結果證實在人類發生的事跟在老鼠實驗的結果類似,「分解團」細菌一樣是來自原本就住在土壤裡的少數份子,而腐敗過程裡也有類似的菌相變化。當他們試著用菌相來預測腐敗時期,發現不管是在老鼠還是在人,都一樣可以用菌相組成來準確推測死亡時間。

誰定下了遺體分解的 SOP?

這地球那麼大,土壤種類那麼多,而且土裡各自有適合生長的微生物群聚。研究裡的結果告訴我們「分解團」細菌主要來自土壤,可是各地土壤裡住的細菌又不一樣,那為什麼我們會在腐敗過程裡看到類似的菌群出現呢?難道是全球各地土壤裡都住著類似的「分解團」細菌代表嗎?

這裡有個合理的推測。從遠古到現在,我說的是有動物出現但還沒有人類的遠古時代開始,動物三不五時就會死掉而屍體被留在土地上。就算經過其它動物的啃食,最後也還是會留下一些富含蛋白質和脂肪的肉屑殘渣留在地上。土壤原本是個養份不多的地方,附近能拿來用的食物只有植物留下的纖維素這種碳水化合物,只能當生物的碳源而缺氮。蛋白質的出現提供了難得一見的氮源,一旦出現,「分解團」裡這些很會分解蛋白質的細菌就要把握機會快速生長,因為下一次再有這種機會不知道要等多久。這種低頻率的養份補充事件在全球各地都會發生,也就在各地土壤裡留下了少少的「分解團」細菌,苟延殘喘在土裡活著等待機會。研究人員在分析基因時也發現,這些利用不同氮源的基因在組成上會跟著腐敗過程裡有明顯消長,跟著養份波動。所以關於這 SOP,沒有人能規定細菌怎麼長,是有什麼養份才能長出什麼菌。

土壤原本是個養份不多的地方,蛋白質的出現提供了難得一見的氮源,一旦出現「分解團」裡這些很會分解蛋白質的細菌就要把握機會快速生長,因為下一次再有這種機會不知道要等多久。所以關於這 SOP,沒有人能規定細菌怎麼長,是有什麼養份才能長出什麼菌。圖/By Tina Reynolds @ flickr, CC BY-NC 2.0

參考文獻:

  1. Metcalf JL, Xu ZZ, Weiss S, Lax S, Van Treuren W, Hyde ER, Song SJ, Amir A, Larsen P, Sangwan N, Haarmann D, Humphrey GC, Ackermann G, Thompson LR, Lauber C, Bibat A, Nicholas C, Gebert MJ, Petrosino JF, Reed SC, Gilbert JA, Lynne AM, Bucheli SR, Carter DO, Knight R. Microbial community assembly and metabolic function during mammalian corpse decomposition. Science. 2016 Jan 8;351(6269):158-62. doi: 10.1126/science.aad2646.
  2. Lauber CL, Metcalf JL, Keepers K, Ackermann G, Carter DO, Knight R. Vertebrate decomposition is accelerated by soil microbes. Appl Environ Microbiol. 2014 Aug;80(16):4920-9. doi: 10.1128/AEM.00957-14.
  3. Metcalf JL, Wegener Parfrey L, Gonzalez A, Lauber CL, Knights D, Ackermann G, Humphrey GC, Gebert MJ, Van Treuren W, Berg-Lyons D, Keepers K, Guo Y, Bullard J, Fierer N, Carter DO, Knight R. A microbial clock provides an accurate estimate of the postmortem interval in a mouse model system. Elife. 2013 Oct 15;2:e01104. doi: 10.7554/eLife.01104.

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。