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蛇蠍心腸？才沒那麼壞！你所不知道的蠍毒妙用

科學月刊・2019/11/24 ・2207字・閱讀時間約 4 分鐘・SR值 594 ・九年級

文／嚴宏洋｜國立海洋生物博物館特聘講座教授。

成語中的「蛇蠍心腸」是用來比喻某人心地的陰險及惡毒，蛇、蠍都是帶有毒液的動物，因而被擬人化形容人心的險惡。臺灣的毒蛇種類多，但是原生的蠍子只有不具毒性的「八重山蠍」和「斑等蠍」兩種。大家對蠍子的印象，多是從電視、報章和雜誌上來的，只知道蠍子是一種節肢動物，其尾部末端有一個內含毒液的毒囊與一支毒刺相連，用以螫擊獵物和禦敵。蠍子毒液的成份已被研究多年了，但最近的研究，卻發現它們有許多過去所意想不到的醫學用途⋯⋯

話說從頭──蠍毒也有殺菌的功能？

最近，來自墨西哥國立自治大學（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的研究人員卡加莫－諾利加（Edson Norberto Carcamo-Noriega）和他的團隊，採集一種棲息於墨西哥的蠍子——梁龍蠍（Diplocentrus melici）毒囊內的毒液。

令人驚訝的是，當毒液一曝露到空氣中，立即顯現出紅色及藍色兩種化合物。他們將這兩種化合物送到美國史丹佛大學（Leland Stanford Junior University）札爾（Richard N. Zare）教授的實驗室，經後續的質譜儀和核磁共振光譜學（nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR）進行分析，確定了兩種苯醌（benzoquinone，圖一）的存在。

不過，由於從每隻蠍子身上能採到的毒液量很少，無法直接進行生物檢定（bioassay）測試。幸好這兩種毒素是小分子化合物，因而研究人員得以在實驗室內，使用商業上的前驅物進行合成，再使用這些人工合成的毒素，進行結晶定序以確定其3-D結構。

圖一：（A）紅色化合物3,5-dimethoxy-2-(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione （B）藍色化合物5-methoxy-2,3-bis(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione

接著，這兩樣合成物被送到墨西哥國家醫學及營養學研究所（Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición）病理實驗室，由曼杜扎－圖基羅（Monserrat Mendoza-Trujillo）的團隊進行生物檢定測試。

他們先使老鼠感染金黃葡萄球菌（Staphylococcus aureus）及肺結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis），再用這兩種化合物投藥。結果發現，紅色成份可以殺死金黃葡萄球菌，其最低抑制濃度（minimal inhibitory concentration, MIC）為 4 μg∕mL；藍色化合物則是可以殺死肺結核分枝桿菌，MIC 亦為 4μg∕mL。對於具有多重抗藥性的「肺結核分枝桿菌株」，也有相同的殺菌效用，且不會傷害老鼠肺臟表襯細胞的活性。

是毒藥，也是良方！那些年他們研究的蠍毒

回顧過去 50 年，蠍毒的研究可以分為三個階段：

被蠍子螫到會發生什麼事──

第一階段的研究，著重於患者被蠍子螫後的生理反應描述，醫界將中毒的反應分為三級：第一級有局部的疼痛，只要給予止痛藥即可；第二級反應包括心搏過速（tachycardia）、心律不整（arrhythmia）、呼吸困難（dyspnea）、無法控制的流淚、口吐白沫、嘔吐、高血壓或低血壓等生理反應。治療方式主要為施打抗血清加速代謝毒物或給予藥物抑制痙攣；第三級反應包括有：心臟衰竭、心因性休克（cardiogenic shock）和電解質失調等，這種病患要立即送入加護病房急救。

它們怎麼讓人中毒的──

第二階段的研究，著重於蠍毒內含物的結構分析及致毒的生理機制的探討。截至2010年，超過一千種的蠍毒蛋白結構已被定序。其中有許多種毒蛋白，都是胱胺酸的衍生物，但也有不屬於這一類的。它們共同的特徵是皆為小分子結構，分子量小於 3001 道爾頓（Da），且具有干擾細胞膜表面的鉀離子、鈉離子、鈣離子和氯離子的通道活性，從而造成被螫者中毒。

抑炎抗菌，反轉死神鐮刀──

第三階段的研究，則是從實用的角度探討蠍毒的醫療應用價值。例如從墨西哥阿茲特克蠍子（Hadrurus aztecus）分離出的抗菌蛋白（hadrurin）有殺菌的作用；而帝王蠍（Pandinus imperator，圖二）毒素中分離出的蠍毒（scorpine）有殺死細菌及瘧原蟲的效應。史密斯墨西哥蠍（Vaejovis mexicanus smithi）分離出的鉀離子管道阻斷分子，則有抑制發炎的作用等。而前述卡加莫－諾利加團隊最新發現的紅色及藍色化合物，含有抗生素作用，則代表目前研究者們努力的方向。

蠍子身上帶有毒液為何不會毒到自己？

截至目前為止，有關蠍毒的研究仍有一個重要的題目尚未有研究者著手：既然蠍毒會干擾被螫動物細胞膜表面的鉀離子、鈉離子、鈣離子和氯離子的通道活性，為何這毒液不會對蠍子本身造成損害呢？

以箭毒蛙（poison dart frog）為例，其會在體內儲藏毒液作為禦敵使用，帶有表巴蒂啶（epibatidine）毒的分趾蟾科毒蛙具備尼古丁乙醯膽鹼受體，而受體上有一個胺基酸序列的變異，使得蛙體內尼古丁乙醯膽鹼受體靈敏度的降低，因而不會與表巴蒂啶蛙毒結合。意即，蛙體內累積的毒素，並不會對毒蛙自己造成毒害。

但是，乙醯膽鹼是毒蛙存活的必要神經傳導物質，雖然受體上的突變可避免與累積的蛙毒結合，但也會降低與乙醯膽鹼的結合。因此，演化上的另一傑作，就是乙醯膽鹼受體上有另一個胺基酸序列的變異，使得它能與乙醯膽鹼正常結合，進行神經訊號的傳導。換句話說，受體上兩個胺基酸的替換，一方面可使毒蛙不被自己儲存的毒素殺死；而另一方面，卻又能維持正常的乙醯膽鹼神經傳導功能。

蠍子體內是用哪種機制，以避免被自己體內儲存的毒液所害？筆者認為，這是未來值得研究的好題材。

鳥界噁男出沒！雌鳥該如何自保？——白頸雅各賓蜂鳥的毛色演化策略

Fisher ・2021/10/21 ・2775字・閱讀時間約 5 分鐘

鹿的鹿角、大象的象牙、動物的體型大小、蝴蝶的特殊斑紋等，這些都是在自然界中動物為了繁衍後代、雄性動物們為了吸引雌性動物進行交配，而針對本身與其他雄性個體的「競爭特徵」進行強化或是展現外觀特色的演化結果。這就是達爾文早在 200 多年前提出的性選擇理論：同一性別的個體（通常是雄性）為了競爭有限的交配機會，會促進性狀的演化。

透過性選擇，動物在演化過程中也產生了新性狀，並造成了個體差異。而這些差異有時會產生全新的功能，對天擇演化作出貢獻。

為了避免騷擾，雌鳥演化出雄鳥的鮮艷羽毛

這樣的演化結果在鳥類中又特別明顯。大部分的鳥類，雄鳥幾乎都比雌鳥擁有更鮮豔的羽毛色彩，也就是鳥類透過鮮豔的羽毛色彩，以吸引雌鳥進行交配，保障自身的繁衍可能。但是，科學家們發現，有些鳥類的雌性也有部分會擁有與雄性外觀相似的鮮豔羽毛，他們還發現，這些雌鳥演化出鮮豔羽毛的原因，竟然是為了避免遭受雄鳥的騷擾。一種叫做白頸雅各賓（white-necked jacobin , Florisuga mellivora）的蜂鳥，就產生了這樣的現象。

白頸雅各賓是一種大型蜂鳥，分布於墨西哥到秘魯、玻利維亞和巴西南部等地區。因為頸背上有一條白色的帶子，也被稱作有領蜂鳥（collared hummingbird）。

白頸雅各賓的雄性和雌性外觀差異相當大，雄性白頸雅各賓（上圖）有閃閃發光的藍色頭部、綠色背部、白色腹部和尾巴，脖子後面有一條白色帶子；雌性白頸雅各賓（下圖）的羽毛雖也是由綠色和黑色構成，但顏色明顯較為黯淡柔和，並有深色的尾巴。

一般來說，在鳥界中，鳥類的幼鳥外觀都會跟成年的雌鳥比較相似，也就是擁有顏色較黯淡不起眼的羽毛外觀。但白頸雅各賓卻不一樣，他們的幼鳥看起來卻和成年的雄鳥比較相似，都擁有顏色鮮豔的羽毛。

大部分的幼年雌鳥在成長的過程中與一般鳥類相同，羽毛的顏色會朝著異色外觀（成年雌鳥的一般毛色）進行轉變。但是，大約有 20% 的幼年雌鳥，在成年後的羽毛顏色依然會維持與幼年時期相同的鮮豔色彩，這樣的外觀使他們看起來就像一隻雄鳥。因為這樣的特徵，白頸雅各賓與一般成年後具有「兩性異態性」（同種生物雌雄之間的差異）的鳥類不同，雌性外觀具有多種型態的特徵，因而造成三種不同外觀樣貌的白頸雅各賓：（顏色鮮豔的）雄性色雄鳥、（顏色鮮豔的）雄性色雌鳥、（一般顏色的）異色雌鳥。

約有 20% 的幼年雌鳥成年後的羽毛顏色依然維持與幼年時期相同的鮮豔色彩，使他們看起來就像一隻雄鳥。圖／參考文獻 1

依據達爾文的性選擇理論，我們可以猜測，或許雄性色雌鳥的羽毛顏色，是為了要在成年後做為雄鳥的配偶選擇時，可以對雄鳥有較大的性吸引力，因此在成長過程中才會有這樣保留鮮豔色彩的情形？

從實驗中找到答案，雄蜂鳥的跋扈全曝光

為了搞清楚原因，研究人員設計了一個實驗，他們在一個餵食器的周圍擺放了三種組合的兩個不同標本進行實驗：（1）異色雌鳥與雄性色雄鳥（不同性別、不同羽毛顏色）（2）異色雌鳥與雄性色雌鳥（同性別、不同羽毛顏色）（3）雄性色雌鳥與雄鳥（不同性別、相同羽毛顏色），並觀察白頸雅各賓對標本的對待方式，觀察牠們會不會依據毛色而對不同個體而有不同。

結果，研究人員觀察到，與性選擇假說的預測相反，雄性在交配選擇上，仍然是對異色雌鳥（顏色比較黯淡的一般雌鳥），而不是雄性色雌鳥（長大過程中保留了鮮豔羽毛顏色的雌鳥），表現出更為明顯的偏好，只要實驗組中有異色雌鳥的標本，所有雄鳥第一次選擇發生交配行為的對象都是異色雌鳥。

另一方面，研究人員還觀察到，白頸雅各賓的個體交互行為中，雄鳥對異色雌鳥表現出攻擊性的狀況是 100%，卻不會對雄性色雌鳥表現出攻擊性，顯示出羽毛顏色才是雄鳥選擇性攻擊的原因，而不是性別本身。而在這個實驗的影像紀錄中，研究人員同時觀察了四周其他蜂鳥的互動，發現這些對標本的攻擊行為模式，與其他蜂鳥互相追逐的觀察結果一致：

雄性色蜂鳥（無論實際上是雄鳥或雌鳥）更常對其他各體進行攻擊，並且異色蜂鳥被追逐與攻擊的機率遠高於雄性色蜂鳥（無論實際上是雄鳥還是雌鳥）。

這樣的觀察結果讓研究人員更加確定，雄性色的羽毛可以幫助雌鳥免於雄鳥的攻擊，因此雌鳥將自己偽裝成雄性，可以降低自身受到雄鳥騷擾的機率，而這件事甚至比吸引雄鳥交配還要更重要。除此之外，雄鳥也會對有更多食物資源的餵食器展現出更高的控制性，因此雄鳥會傾向透過啄食或碰撞來攻擊雌鳥，以獲得對食物的支配地位。而雄性色雌鳥因為較不會受到雄鳥攻擊，而能取得更多的食物資源。

「這項研究的其中一個靈光一閃，是當我意識到所有幼年雌性都有艷麗的顏色的瞬間。」現任華盛頓大學（University of Washington）、前康乃爾大學鳥類學實驗室（Cornell Lab of Ornithology）和史密森尼熱帶研究所（Smithsonian Tropical Research Institute）的鳥類學家傑‧福爾克（Jay Falk）說，「在生物界中，一個幼體看起來像雄性的生物是很不尋常的事情，所以一定有些原因在對他們的演化進行作用。」

大多數具有兩性異態的鳥類羽毛顏色往往更接近雌性，因為較不顯眼的顏色有助於保護脆弱的除鳥免受捕食者的侵害。雄鳥較不會對雄性色個體進行攻擊的這件事情，正好可以解釋蜂鳥幼鳥顏色的特殊性。