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辦案可以不要米花死神,但不能沒有綠頭蒼蠅 ──《比小說還離奇的 12 堂犯罪解剖課》

PanSci_96
・2017/09/14 ・3206字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

對昆蟲的愛,超越了種族和腐屍

馬丁.哈爾(Martin Hall)這位高大的學者大步走過博物館展覽室,熱情又有趣的評論源源不絕。他對於館內三千萬件昆蟲標本的熱愛顯而易見,在言談之間感染旁人。博物館的勤務與刑事昆蟲學家的任務相互交錯。他的手機隨時會收到警方求援,要他拋下手邊工作,衝到犯罪現場。他說:「從屍體上採集昆蟲不是什麼愉快的體驗,可是專業領域的興致會奇蹟似地克服一切。」

昆蟲標本。圖/wikimedia commons

馬丁從小便對昆蟲燃起愛火,他在東非的尚西巴島上長大。在那裡,他學到懸在床上的蚊帳功能不是阻擋蚊蟲,而是把蟲子關在他的世界裡。每天晚上睡去時,竹節蟲、螳螂,甚至偶爾還有蝙蝠客串,或爬或飛地掠過他的昏沉腦海。

他到英國讀書後,又回到非洲研究采采蠅生態七年。某天,他在草原上看到一具成象的龐大屍體,血肉間爬滿無數的蛆蟲。過了一個星期,他繞回原處,發現只剩下空蕩蕩的骨架。又過了一個星期,大群綠頭蒼蠅如同雲雨般聚集在骨架上頭。

「太不可思議了。雖然還有其他如鬣狗、禿鷹之類的腐食動物,但蛆蟲大概啃掉了四到五成的大量象肉。」一頭大象變成一百萬隻蒼蠅,一名初出茅廬的昆蟲學家也即將走上坦途。

現在,他對研究的熱情將他遇到的每一個人緊緊相繫。去博物館拜訪他時,他帶我繞到後場,爬到能夠俯瞰倫敦市區的哥德風高塔頂上。不過我不是上去看風景的。馬丁要我瞧瞧他和研究團隊設計的實驗,他們想要拓展知識的領域。在那個世界裡,熟悉的事物被賦予了完全不同的意義。豬頭裝進手提行李箱,探究哪種蒼蠅會穿過拉鍊隙縫產卵。狗籠關著腐敗的小豬屍體。三明治保鮮盒盛滿要保存的蛆蟲。侷促不安還不足以形容當下的感覺。大家應該不會意外事後我婉拒了他送上的三明治……

昆蟲幫忙破了一樁分屍案

博物館的昆蟲收藏品之中,有幾件富含歷史意義。馬丁拿了個標本罐給我看,壓低嗓音跟我說:

「這些蛆來頭不小。是從巴克.魯克頓(Buck Ruxton)的案子留下來的。」

巴克.魯克頓是英國犯罪史上惡名昭彰的罪犯。該案為鑑識科學的許多層面立下里程碑,不過要像馬丁.哈爾這樣的刑事昆蟲學家,才知道那是英國第一起昆蟲真正立下破案大功的案件。如此撼動人心的案件占據了 1935 年秋季報刊的每一個版面。

北英格蘭。圖/wikimedia commons

巴克.魯克頓具有拜火教徒與法國混血兒身分,在孟買取得醫師執照,之後到北英格蘭安頓下來。他與名叫伊莎貝拉(Isabella)的蘇格蘭女子(外人稱她「魯克頓太太」)以及他們的三名年幼子女同居,是蘭卡斯特第一位非白種人的開業醫師,非常受歡迎,貧困的病患特別喜愛他。

某個星期日早晨,魯克頓醫師打開前門,一個瘦巴巴的 9 歲男孩站在門外,他背後的母親一臉期盼,摟著他遮擋秋季寒風。「抱歉,今天我不能動手術。」醫師說:「我太太去蘇格蘭了,這裡只有我跟我們家小女僕,現在正忙著拆掉地毯,等裝潢工人早上過來施工。你們看我的手有多髒。」母子倆悶悶不樂地轉身離開,作母親的心下納悶為何醫師伸出的那隻手看起來如此乾淨。

魯克頓家中有個十九歲女僕瑪莉.羅傑森(Mary Rogerson)。那對母子來醫師家門口求診後過了幾天,她的家人通報她失蹤。警方來拜訪魯克頓醫師,他宣稱妻子帶著女僕去黑潭,還有他懷疑伊莎貝拉在外頭有了新歡。這些證詞與伊莎貝拉最後的目擊紀錄相符,有人看她跟朋友聚會後,在深夜十一點半開車離開黑潭。她喜愛玩樂的個性在魯克頓夫婦之間引起激烈爭執,魯克頓醫師不斷指責妻子不貞,瑪莉不時看見他忌妒發怒。

警方第二次上門時,魯克頓宣稱伊莎貝拉跟瑪莉去愛丁堡了,可是他無法阻擋蘭卡斯特人們的流言蜚語。雖說魯克頓在那一帶廣受敬重,可是謠言指出他與妻子的爭執在那年夏季愈演愈烈,兩人的失蹤背後或許存有不祥的氣息。

接著,到了 9 月 2 日,一名女性從卡萊爾走向愛丁堡,越過莫佛特附近的一座橋時,她驚駭地發現有一根人類手臂從橋下的河岸豎起。警方抵達現場,他們找到 30 個用報紙包裹的人體殘片。接下來的幾天內,警察和協助搜尋的義工找到其他身體部位。最後總共有 70 塊碎片,來自 2 具屍體。它們被切得這麼碎,幾乎可以判定是為了避免身分被認出──指尖都切掉了──動手的人對人體解剖頗有心得。

警方發現有些蛆蟲正在吃腐敗的肉塊,然後將牠們送去愛丁堡大學。昆蟲學家判斷牠們是某個種類的綠頭蒼蠅,縮短了死亡時間範圍(原本只能判斷是在 10 至 12 天前棄屍),於是警方把這些屍塊與伊莎貝拉和瑪莉的失蹤連結起來。

愛丁堡大學。圖/BY Stinglehammer@Wikimedia commons

這個案子的開端很驚悚,不過對巴克.魯克頓不利的證據不只是這些蛆蟲。來自格拉斯哥大學與愛丁堡大學的解剖學家和法醫病理學家費了一番工夫拼湊受害者的屍體,他們拿伊莎貝拉生前的照片與其中一顆頭顱重疊比對,結果是吻合的。某些屍塊包在《週日畫報》的特別版面內,這份報紙只在九月十五日的蘭卡斯特/莫克姆地區販售。某些部位是用魯克頓家孩子的衣物包裹。

伊莎貝拉生前的照片與頭顱的重疊比對。source:University of Glasgow Archive Services, Department of Forensic Medicine and Science

魯克頓顯然沒有他預期的那樣冷靜。他匆忙離開那條河,開車回蘭卡斯特的路上撞倒一名腳踏車騎士。對方抄下車牌號碼,讓警方直接找到巴克.魯克頓名下的車輛。那場意外的日期與蛆蟲和《週日畫報》這些證據配合得天衣無縫。

最後一片拼圖是當地的地形。那條河曾在 9 月 19 日淹大水,屍塊一定是在那之前棄置於河邊,因為某些部位──比如說插在岸上的恐怖手臂──散在河水淹過的區域邊緣。

巴克.魯克頓遭到逮捕,判決犯下謀殺罪。犯案後過了 9 個月,他在曼徹斯特的斯傳吉威監獄吊死。我們永遠無法釐清一名醫師成為「拼圖殺手」的情境,不過根據驗屍報告,魯克頓很有可能徒手勒死妻子,女僕則是喉嚨被割斷,也許是想在她撞見犯案現場後要她安靜閉嘴。

昆蟲證據只是拼出凶手罪行的馬賽克圖案中的一片瓷磚,可是魯克頓一案成功結合了各個領域,增加社會大眾與專業人士對鑑識科學效能的信任,刑事昆蟲學便是其中之一。人們學到,即使巴克.魯克頓不用當地報紙、改拿白色紙袋包裹屍塊,即使他的車沒有撞上腳踏車,即使河水沒有淹上岸邊,那些蛆蟲也會讓辦案的矛頭指向他。許多人就此受到了昆蟲學吸引。

堪比米花市死神的可動式墓碑:綠頭蒼蠅

蒼蠅。圖/BY Myriams-Fotos @ Pixabay

馬丁.哈爾大半人生奉獻給綠頭蒼蠅,這是最常與屍體掛勾的昆蟲類別,目前已知有超過 1,000 種。馬丁認為綠頭蒼蠅是鑑識界的「黃金標準指標」,原因如下:牠們嗅覺敏銳,可以在一百多公尺外捕捉到最小滴的鮮血,或是最淡的腐敗氣味;牠們能比其他昆蟲還迅速地住進屍體;牠們的成長階段已經受到全面研究與記錄,通常可以提供最精確的死亡時間;因為英國境內有許多地域性物種,能用牠們來標記謀殺案的地點,即使是在別處尋獲屍體。

其他昆蟲原本只使用嗅覺,等到接近食物時切換成視覺,綠頭蒼蠅可不一樣,牠們在踏上目標前都會努力嗅聞,因此要瞞過綠頭蒼蠅棄屍是相當困難的一件事。比如說,有具屍體藏在地板下,腐敗的氣味將會漸漸滲過空心磚,蒼蠅鑽過磚縫,找到屍體。

就算屍體完全密封,棄屍地的指標依舊清晰無比。美國印地安納州警方幾年前在尋找失蹤者途中,發覺有一群摸不著腦的蒼蠅盤旋在一座掩蓋的井上。失蹤者遭到謀殺,凶手把遺體丟進井裡,封好井口,阻止蟲子進入,卻擋不住一絲腐臭飄出。蒼蠅的行為有如可動式墓碑,受到人類鼻子完全聞不到的氣味吸引。

 

本文摘自泛科學2017年9月選書《比小說還離奇的12堂犯罪解剖課》,馬可孛羅出版。


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霍亂也有自己的免疫系統?想要入侵人體,卻不想被感染!

寒波_96
・2022/05/19 ・3396字 ・閱讀時間約 7 分鐘

由霍亂弧菌(Vibrio cholerae)引發的霍亂,是常見的人類傳染病。有意思的是,霍亂弧菌這般能入侵生物體的細菌,本身也會被病毒等異形入侵,有免疫的需求。

引起霍亂的霍亂弧菌。圖 / Wikimedia

在最近發表的論文中,霍亂向我們展現了以前未知的免疫手法,不但能抵抗病毒,還能對付「質體」。霍亂究竟如何避免成為宿主的命運?質體又是什麼呢?[參考資料 1, 2]

細菌 vs 質體 vs 病毒大亂鬥:細菌也不想被寄生

細菌和人類一樣,都是用染色體上的 DNA 承載遺傳訊息。不過除了染色體以外,細菌也常常配備額外的「質體(plasmid)」,它們是 DNA 圍成的圈圈,獨立於細菌的染色體之外,具有自己的遺傳訊息,會自己複製。

細菌的遺傳物質,除了自己的染色體外,時常還額外攜帶數量不一的質體。圖/Bacterial DNA – the role of plasmids 

質體如果單方面依賴細菌供養、當個快樂的寄生蟲,那麼對細菌來說,質體就是個占空間的東西,只會耗費宿主的資源,對細菌是最差的狀況。但是,質體上也有基因,如果那些基因具備抗藥性等作用,那質體便對細菌有利。換句話說,質體和細菌的關係並不一定,有可能是有利、有害,或是沒有利也沒有害,視狀況而定。

細菌有時候具備攻擊質體的能力,例如近來作為基因改造工具而聲名大噪的 CRISPR,原本便是細菌用來抵禦病毒、質體的免疫系統。神奇的是,許多攻擊目標為質體的 CRISPR 套組,本身就位於質體上頭,令人懷疑其動機不單純。

比方說,A 質體攜帶一套攻擊 B 質體的 CRISPR,那麼 A 質體的目的,到底是保護自己寄宿的細菌不被 B 質體入侵,或是維護自己的地位不要被 B 質體搶走呢?不好說,不好說。

細菌對付質體的手段除了 CRISPR,還有一招是利用「Argonaute」蛋白質,啟動針對質體的排外機制;有時候兩者兼備,就是不給質體活路。[參考資料 3]

了解上述資訊,便能體會霍亂新研究的奧妙:質體無法生存的霍亂弧菌,既沒有 CRISPR,亦沒有 Argonaute,卻有以前不知道的另外兩招。

沒有質體的霍亂弧菌

儘管大家的印象中,霍亂就是一款危害人類的傳染病,不過野生的霍亂弧菌有很多品系,除了 O1 和 O139 兩個亞型之外,大部分其實不怎麼會感染人類。歷史上霍亂有過七次大流行,目前第七次大流行的型號為 O1 旗下的 E1 Tor,也稱作 7PET。

過往導致大流行的型號以及野生霍亂品系,細菌中一般都帶著質體,可是如今廣傳的 E1 Tor 卻常常沒有。假如人為將質體送進細菌體內,一開始倒是沒什麼阻礙,可是複製繁殖十代以後的細菌,卻幾乎不再擁有質體。

因此我們可以假設,霍亂第七次大流行的主角,可能比同類們多出些什麼,讓它新增了排除質體的能力。既然不是其餘細菌使用的 CRISPR 與 Argonaute,應該是某種目前未知的手段。

研究者一番搜尋後,從霍亂基因組上找到 2 處有關係的區域,稱它們為 DdmABC 和 DdmDE(Ddm 為 DNA-defence module 縮寫),兩者各自都有排擠新質體的能力,一起合作效果更好。

霍亂弧菌有 2 個染色體(左、右),DdmABC 位於第一號染色體(左)的 VSP-II 區域(圖中寫成 VSP-2),DdmDE 位於 VPI-2 區域。圖/Molecular insights into the genome dynamics and interactions between core and acquired genomes of Vibrio cholerae

兩套手法獨立運作,就是不要讓質體留下!

DdmABC 與 DdmDE 都能替霍亂細胞排除質體,但是運作方式不同。

DdmDE 會直接攻擊,令質體無法繼續在細菌體內生存,尤其容易攻擊比較小的質體;這個攻擊過程中,應該有其他蛋白質參與,不過詳細機制仍有待探索。

負責打擊質體的 DdmDE,其基因周圍還有兩套免疫系統的基因:R/M 與 Zorya,它們的任務都是消滅入侵的噬菌體(感染細菌的病毒)。因此霍亂的染色體上,這些基因共同構成一組對抗外來異形的陣地,稱為防禦島(defence island)。

DdmABC 則似乎更傾向「促進選汰」的手法,霍亂如果攜帶質體,不論質體自身大小,DdmABC 都會產生毒性;這使得質體數目較少的細菌,繁殖時產生競爭優勢,多代以後脫穎而出的霍亂,將剩下不再攜帶質體的個體。

有意思的是,霍亂細胞的 DdmABC 能排擠質體,也能屠殺入侵的噬菌體。所以它是一套雙重功能的免疫系統,同時防禦噬菌體和質體這兩種異形。

霍亂弧菌中 DdmABC 與 DdmDE 為兩套獨立運作的免疫系統,DdmABC 能排除入侵的病毒和質體,DdmDE 會直接攻擊質體。圖/參考資料 2

演化上 DdmABC 與 DdmDE 從何而來呢?在資料庫中比對 DNA 序列,ABCDE 這 5 個基因都找不到非常相似的近親基因,所以本題暫時不得而知。

其餘霍亂同類都沒有這兩串基因,所以它們是 E1 Tor 品系新獲得的玩意;幾個新基因組合形成新功能,或許有助於 E1 Tor 當年在霍亂內戰中勝出,成為第七次大流行的主角。總之,它們都通過長期天擇競爭的考驗,贏得一席之地。

質體對細菌可能有害也可能有利,若是通通不要,等於是徹底斷絕獲利的機會。如今廣傳的這款霍亂,為什麼演化成這般樣貌,值得持續探索。

一隻細菌配備對付不同入侵者的多款免疫系統,一如一艘巡洋艦配備的多款防禦系統,不論敵人從陸地、海面、空中發射飛彈,或是從海底用魚雷攻擊,都有防守的應變手段。然而,再怎麼周詳的防禦設計,都有被突破的機會。圖/wiki

戒備森嚴,多重防禦的細菌免疫

由這些研究我們可以觀察到,細菌儘管是只有一顆細胞的簡單生物,也配備多重免疫系統,抵抗各種入侵者。以極為成功的霍亂 E1 Tor 品系來說,它配備 R/M、Zorya、DdmDE 三款防禦病毒的機制,以及 DdmABC、DdmDE 兩套排擠質體的手法,能夠全方位對抗試圖入侵的病毒和質體。

霍亂弧菌之外的許多細菌,又配備記錄入侵者遺傳訊息的 CRISPR 系統,精準識別目標並且攻擊,類似人類的後天免疫。CRISPR 此一特質,使它變成智人的基因改造工具。

而類似先天免疫,無差別切割入侵者的 R/M 系統,其各種限制酶(restriction enzyme),早已從 1970 年代起成為常見的基因改造工具,可謂分子生物學實驗的元老。

新發現霍亂的 DdmABC、DdmDE 免疫系統,除了增加學術知識,也有應用潛力。探索細菌、質體、病毒間的大亂鬥,不只能認識更多免疫與演化,也可能找到對付細菌的新招,還有機會啟發分子生物學的新工具。

延伸閱讀

參考資料

  1. Jaskólska, M., Adams, D. W., & Blokesch, M. (2022). Two defence systems eliminate plasmids from seventh pandemic Vibrio cholerae. Nature, 1-7.
  2. Cholera-causing bacteria have defences that degrade plasmid invaders
  3. Kuzmenko, A., Oguienko, A., Esyunina, D., Yudin, D., Petrova, M., Kudinova, A., … & Kulbachinskiy, A. (2020). DNA targeting and interference by a bacterial Argonaute nuclease. Nature, 587(7835), 632-637.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁


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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。