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什么是最致命的有毒动物?

时间: 2017年06月15日 | 作者: Christie Wilcox | 来源: Discovery
毒液的毒性,和动物是否致命,其实是两个问题。

 

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作为一名研究毒液的科学家,我被问到最多的问题就是——什么是最致命的有毒动物?你认为答案很简单?并非如此,要在自然界中给“动物对人类的致命性”下个定义绝对是个麻烦事。首先,你要搞清楚你的问题究竟是什么,是想问“哪种动物最有可能致我于死地?”,还是“我最应该避免与哪种动物接触?”,抑或者“我是一名生物化学的狂热粉丝,非常好奇哪种动物能分泌出最毒的物质?”这些问题的答案互有差别,而且分开来看也还是十分复杂的。

 

哪一种毒素最致命?

 

假设你并不关心动物对人的致死风险有多大,就是单纯地想知道,从生物化学的角度上说,哪种动物能产生最毒的物质,对人体造成最大的伤害,那么首先让我们了解,相同剂量下哪种动物毒素的毒性最强。

 

毒理学中最常用的毒性测试方法叫做“半数致死量”(LD50),它是指使某种动物半数死亡所需最小毒素剂量与实验生物体重之比。从理论上来说,实验室测得的不同毒素的LD50是个标准化值,可以进行相互比较。不过,实际情况可复杂得多。

 

首先,大多数有毒物种都未进行过LD50测试,而且,就算已经获得了LD50值,也只能称其为“条件值”,因为它受诸多因素所控。第一个影响因素是给药途径,因为毒素到达身体不同部位时会产生截然不同的效果。科学家们可以选择通过口服或注射的方式让实验动物接触毒素,而注射又细分为皮下注射、腹腔注射以及静脉注射,每一种给药途径都会得到不同的LD50值。

 

让我们通过一个研究案例更直观地了解它。2015年,科学家们首次声称发现 “毒蛙”。他们研究发现,有两种青蛙能通过骨刺向具有潜在威胁的目标释放剧毒物质。此后,许多新闻报道都对这种蛙毒的致死性进行了渲染——《每日邮报》(Daily Mail)的新闻标题为“热带两栖动物能用骨刺杀死80人”,《新科学家》(New Scientist)称其为“世界上首个拥有‘死亡之吻’的毒蛙”,而美国国家广播公司(NBC)的一则新闻标题则写道“人类首次发现毒蛙,能用头槌杀死你”。

 

所有这些耸人听闻的标题都来源于它们所含毒素的LD50数据。研究发现,这两种青蛙都具有非常强的毒性,其中毒性较强的青蛙学名叫布鲁诺盔头蛙(Aparasphenodon brunoi),它头部所含毒素通过腹部注射时LD50为每只小鼠3.12 微克。由于每只小鼠的体重约为18-20克,也就是说,A. brunoi的头部毒素对小鼠单位体重的LD50约为0.16~0.24 毫克/千克,而另一种青蛙格林胄蛙(Corythomantis greeningi)的LD50范围为每只小鼠2.5 -~2.9毫克/千克。如果用人类的平均体重代入计算,那么一克A. brunoi的头部毒素理论上可以杀死80人——那些可怕报道中的数字就是这么来的。

 

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两种毒蛙的照片及其有毒的刺状骨骼投影图

 

然而这种推论存在着一个问题。根据论文的描述,这两种青蛙通过骨骼上的凸起物释放毒素,而每个凸起的长度都只有几毫米,这就意味着这些毒素几乎不可能像LD50测试那样以腹腔注射的方式进入身体内部,最多也只能以类似皮下注射的方式进入到皮肤外层之中。虽然该论文没有计算皮下注射时的LD50,但我们从另一个实验中看出些许端倪。

 

为了研究这种毒素是否会引起浮肿,研究人员向实验鼠爪子中的肉质部分以皮下注射的方式注射了不同剂量的毒素,之后进行了长达三天的观察。注射的剂量范围从0.125微克到32微克,别忘了,3.12微克的腹腔注射就能杀死一半数量的实验鼠,可是即使接受了最大剂量的皮下注射也无一老鼠“阵亡”。我们能因此得到结论——皮下注射条件下的LD50超过了腹腔注射的十倍,算下来可能约为单位体重1.8微克/千克,按成年人的体重算也就是150毫克的毒素。要通过这个剂量来杀死一个人可不是一只毒蛙能够搞定的,恐怕好几个“头槌”一起上也不见得有用。

 

人非鼠,安知鼠之苦

 

即便这些青蛙真能通过“头槌”释放超过150毫克的毒素(这是个大数字,相当于眼镜王蛇咬下一口喷射的毒液),要想找到“毒素之王”还有一个麻烦的问题——人可不是老鼠。

 

几乎所有的LD50都是根据小鼠或大鼠来计算的,因为它们繁殖迅速、饲养方便,而且体积很小,这样在进行致死实验时也不用耗费许多毒素。可仍有许多实验“不走寻常路”,它们使用螳螂、猫等其他动物进行LD50测试。由于不同物种应对毒素的方式差别很大,所以我们不能将某种动物测得的LD50简单地搬到别的动物身上,尤其是不能直接用于对人类致死剂量的讨论上。这点对许多宠物拥有者来说非常重要,他们应该看管好家中泰诺等药品,因为这对宠物来说可能就是致命的。

 

对乙酰氨基酚是镇痛药泰诺中的活性成分,它被认为是最安全的人类服用药物。正因如此,它也是孕妇止痛的首选。但对于猫狗来说,即使是很小的剂量也能致其死亡。我有一大瓶强效快速释放的对乙酰氨基酚药片,在它的说明书上写着:成年人每6小时可以服用2粒500毫克的药片,其剂量换算下来约为12.5 毫克/千克。只有一次服用15粒,即剂量达到93.75毫克/千克时才有可能对人体产生急性毒性(你可以认为致死剂量远比这个剂量更大)。然而,该药对狗和猫产生急性毒性的药量分别为75毫克/千克和10毫克/千克,比人类的剂量小得多。此外,最低500 毫克/千克就能导致狗类死亡,猫则为50 毫克/千克。其他动物的对乙酰氨基酚LD50也有测得:大鼠、兔和豚鼠的LD50都超过2000 毫克/千克。

 

在各种毒素中都发现有物种特异性的现象,所以若是讨论毒素或毒药的致死性强弱,就必须要考虑LD50测试时的实验动物种类。因此,我们可以对同一种生物来比较不同毒素的毒性,可是这样的实验并不能回答我们最想知道的问题:对人类来说,哪种毒素最致命。因为出于对人道伦理的基本尊重,我们无法对人类进行LD50测试,所以答案无从知晓,也就不必细究是腹腔注射、皮下注射抑或是其他条件下的结果了。(我们的确可以根据现有数据做一些推断,不过无论如何也无法百分之百地确信,这也就解释了为什么美国食品药物监督管理局(FDA)和美国环境保护署EPA)等机构会将巨大的误差值纳入化学品剂量安全值的计算之中,以保证人类的安全。例如,他们往往将各种实验动物受到伤害的剂量最低值的十分之一作为人类的安全剂量。)

 

对此我还有一个质疑:就算我们统一了给药途径和实验物种,评选出的“最致命的毒物”仍是站不住脚的,因为我们只在实验室中观察了青蛙释放毒素杀死小鼠,并不能说明当我们与一只毒蛙共处一室、甚至是徒手抓住一只时它也会释放致命毒素。而且根据每只青蛙所含的毒素来看,要想产生杀死一个人的剂量,估计需要成百甚至上千只毒蛙的“头槌”,而且还得和人近距离接触才行。然而,大自然中还有许多动物比毒蛙更容易杀死你,如果你接触到了它们剧毒的“刀锋”,后果不堪设想。

 

用生命赌博

 

用中毒后的生还率来表明毒素的致命程度可能是个更好的办法,比如使用死亡率或病死率等指标。更直白地说,如果这种动物叮咬或者刺伤了我,我的存活概率有多大?

 

从存活几率来看,上文提到的青蛙就明显“败下阵来”,不过另一些有毒动物却能“大显神通”。毒蛇可能是人类最怕的一类动物,这是情有可原的,因为被某些毒蛇咬伤后若不经处理,受伤者的病死率可达60%至100%。但在抗蛇毒血清出现以后,很多地区的病死率明显下降。当然,世界上仍有许多地区缺乏相关的医疗资源和政策,无法给伤者提供经济条件允许的紧急治疗,另外当地可能也没有被蛇咬后立即就医的习惯,这些都导致了被蛇咬后的死亡风险增加。可就算医疗条件允许,还是有一些毒蛇凭借其超强的毒性或充沛的毒液量拥有很高的致死率。所以,你是否应该担心蛇咬完全取决于你所在的地方和你所能获得的医疗资源。

 

除了蛇以外,还有一些动物的叮咬也是事关性命的。被地纹芋螺(Conus geographus)咬伤的患者病死率高达70%,这主要是由于被刺伤后,其释放的麻痹性毒素可以在几分钟内夺人性命。蓝环章鱼(Hapalochlaena spp.)的毒素中含有河豚毒素,也能给被攻击者造成无法治愈的致命麻痹。可事实上绝大部分有毒动物的致死率都不到1%,比如我们常说的海洋生物、蜘蛛、蝎子或蛇(虽然1%也该让你足够重视、迅速寻求医疗救援!)。

 

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不起眼的致命杀手——地纹芋螺

 

如果你真的对“致死率之王”心存执念,那么你要知道,许多本身含有剧毒的动植物会使分泌毒液的动物们“相形见绌”。如果你吃了没有去掉内脏的河豚鱼(含有河豚毒素)、“神奇蘑菇”(含有蝇蕈毒素),或是仅仅吃了未能正确灭菌的罐头食品(含有肉毒杆菌毒素),你的生存几率都几乎为零。不过要想误食到它们也不是件容易的事,所以即使是地球上最毒的动植物食材,人们对它们的恐惧也比不上那些会分泌毒液的杀手们。

 

不过要想通过病死率来测试致命性,还有一个问题无法忽视——接触到某些毒素确实有很高的致死率,可遭遇它们的概率却是微乎其微。普通人一生中接触到一条10英尺的眼镜王蛇或是地纹芋螺的几率非常低,更别提中毒了。如果将这些罕见的、靠毒性“取胜”的动物评选为“最致命动物”,那就好像是在玩轮盘赌时把所有的钱全押在一个数字上。一旦球停在了你押的数字上就意味着“大赢”,但是发生的概率可比随机选12个数字或是选一列下注的赌赢概率低多了。

 

数字游戏

 

从统计学的角度看,评选“地球上最致命的有毒动物”应该基于每年致死的人数,因为被它们杀死的概率是最高的。比如说,某种动物A每年在全球杀死10人,而动物B每年杀死1千万人,那么普通人被后者杀死的概率会更高。

 

我们可以按照国家或地区再对其进行细分,毕竟我们不用对一个见不到面的动物而担心害怕。这样一来,美国、澳大利亚和欧洲等地的居民就没有必要太过担心被毒蛇攻击,因为在这些地方每年仅有几人因蛇毒而死。相比而言,蜜蜂、蚂蚁和黄蜂则更具致命性,它们分泌的毒素会使人体产生过敏反应,从而导致每年数十人丧命。除了南极洲以外,各大洲都存在着一个更致命的杀手——蚊子,每年因被它叮咬而死亡的人数比其他任何动物都多。

 

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图中是一只雌性致乏库蚊(Culex quinquefasciatus),正是这种蚊子传播了西尼罗病毒

 

如果仅以致死人数而论,根据致死病原体的追踪调查,每年有75万到100万人死于蚊子叮咬(蚊子本身也能分泌毒液,而且它们的毒液蛋白能促进疾病的传播)。疟疾和黄热病可谓是世界上传播最广的媒介传播疾病,尽管美国对其已经进行了有效的根除,但每年仍会有几十到上百人因蚊子传播的其他疾病而死亡,比如西尼罗病毒。这使得美国每年因蚊子而死亡的人数超过蜘蛛、蛇、蝎子、蜜蜂和黄蜂致死人数的总和。而且,即使在那些“蛇咬成患”的国家和地区,蚊子叮咬也位列其他有毒动物之前。就拿非洲来说,每年被毒蛇咬死的人数惊人,可达3万到4万,不过每年蚊媒导致的疟疾能造成近40万人死亡,而且这还只是非洲人面临的众多蚊媒传染病的一种。

 

所以,你要问的是“致命性”究竟是什么?

 

综上,我给你如下回答:测量致命性的主要途径有三种,而每一种的有毒物种排名都各不相同。它们有的毒性剂量大,有的使人在中毒后的存活率低,还有的就频繁出现在我们日常生活之中。所以若你再想了解“最致命的动物或植物是什么”的时候,不妨问问你自己,到底想问的是哪一方面。而学术上研究毒素对人体的致命作用是另一个完全不同的话题,它并不针对我们每个人的实际风险。读完此文,你至少了解了这样一条重要信息——要想避免被生活中最致命的有毒动物所杀,你只需要一瓶杀虫剂。

 

撰文 Christie Wilcox

翻译 胡砚泊

审校 古京卉

 

原文链接:http://blogs.discovermagazine.com/science-sushi/2017/04/30/measuring-deadliness-toxinology-101/#.WRFb1nqqpBe


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