青蛙蒸桑拿?不为保健为保命!

科普博览这世界 2024-09-06 01:23:37

(图片来源:Wikipedia)

上世纪末以来,一种名为“壶菌病”的疾病在全球迅速传播,扩散到除南极洲以外的各大洲,对各地两栖动物造成了毁灭性的打击。壶菌病严重影响两栖动物的正常生理机能且会导致宿主死亡,全球两栖动物的种群数量因此持续下降。壶菌病已经造成超过90种两栖动物被宣告灭绝,另外120多个物种的种群规模缩减至原有10%。

感染壶菌病而亡的青蛙

(图片来源:@Joel Sastore Wildlife photographer of the year 2010, Natural History Museum, London)

面对杀伤力如此之高的壶菌病,科学家们正在积极寻找有效易行的治疗方案,给青蛙、蟾蜍和蝾螈们争取一线生机。除了药物治疗,科学家们还尝试了一种高温疗法,来帮助提高青蛙对壶菌病的抵抗力。这种方法简单易用,形象地被称为给青蛙等两栖动物“蒸桑拿”。

中国也有壶菌病记录,庆幸的是尚未爆发 (图片来源:中国科学院动物研究所)

壶菌病:两栖动物的致命危机

造成壶菌病的两大凶手分别是蛙壶菌和蝾螈壶菌。它们都隶属于壶菌家族,这是真菌中最早分离的一个原始分支。对全球各地的青蛙、蟾蜍和蝾螈产生致命威胁的,基本上都是蛙壶菌。由蝾螈壶菌造成的感染案例非常有限,仅见于欧洲荷兰地区的火蝾螈。

电子显微镜下的蛙壶菌 (图片来源:Wikipedia)

这种特殊的真菌既可以通过患病个体彼此接触进行直接传播,又可以通过水体进行间接传播。蛙壶菌专门破坏两栖动物的皮肤结构,严重扰乱其正常生理机能,让青蛙、蝾螈等宿主出现皮肤损伤、行为异常(如不再进食、不再逃跑)、体重减轻等症状。

图A至C:健康状态下的绿雨滨蛙(Litoria caerulea)与皮肤组织;图D至F:感染壶菌病后的绿雨滨蛙与皮肤组织

(图片来源:参考资料[3])

两栖动物的皮肤不仅是它们呼吸的重要器官,也是进行水和电解质平衡调节的关键部位。水盐平衡受影响意味着,血浆中钠离子和钾离子的转运被拦腰截断,电解质浓度大幅减少进而造成心脏节律失常,最终导致青蛙多器官衰竭而亡。

在尝试治愈壶菌病的道路上,科学家们做了许多尝试,但始终没发现最行之有效的方法。

化学角度的治疗思路主要是给已经中招的青蛙使用广谱抗真菌药物。在实验室条件下,伊曲康唑等各类药物起到一定作用,能或多或少地清除试验蛙个体身上的壶菌孢子。但接受药物的青蛙并没有获得免疫能力,在停药后容易重新感染壶菌病。

研究人员在青蛙身上采样以测定感染情况 (图片来源:pursuit.unimelb.edu.au)

抗真菌药物疗法对于实验室和养殖场这种相对封闭的环境是有效的,但这种方法不适用于在野外生活的种群。因为在开放环境中,极高的用量才能保证药物浓度达到有效阈值。而大量药物的使用,又容易衍生一些未知生态风险,如错杀其他生物和造成继发污染等。

开放的野外环境无法大量投药 (图片来源:Wikepedia)

感染范围如此广泛的情况下,想要通过药物彻底抹杀蛙壶菌已成为一件不大可能的事情。科学家们转而开始寻找其他治疗方法,蛙壶菌对环境温度变化的敏感性成了突破口。

在凉爽条件下,蛙壶菌可以快速繁殖,相反在温暖湿热环境中这种真菌很难生存。澳洲昆士兰地区和巴西卡帕拉奥地区多种青蛙的流行病学数据也佐证了这一观点:壶菌感染率会随着季节和分布地海拔变化而波动,冬季时节和高海拔地区感染率和感染负荷明显更高。

科学家们已明确蛙壶菌的最适繁殖温度范围是17至25摄氏度,这一数据为壶菌病的控制和治疗提供了关键线索。

在炎热月份,两栖动物的蛙壶菌感染率明显更低 (图片来源:参考资料[1])

“蒸桑拿”成了最有希望的疗法

基于蛙壶菌的温度敏感性,科学家开始了非药物治疗方法的尝试,通过提高环境温度来抑制壶菌的生长。

高温治疗壶菌病的研究案例始于2003年。一种名为红眼雨滨蛙(Litoria chloris)的澳洲青蛙在接受37摄氏度的处理后,竟完全清除了身上的蛙壶菌。红眼雨滨蛙成为了最早受益于这种高温疗法的物种,此后陆续有研究用其他青蛙测试了不同温度的治疗效果。

红眼雨滨蛙,第一种通过“蒸桑拿”成功治疗壶菌病的蛙类(图片来源:Wikipedia)

今年6月刚发表的一项新研究,将壶菌病高温疗法再往前推进了一步,并提高了其实用性。

研究者设计了一种简易“桑拿房”,使用砖块和薄膜等常见材料即可搭建。这种装置可以模拟热带雨林环境,在自然光照的基础上给受感染蛙类提供了一个高温高湿的环境。

研究者搭建的“桑拿房”:虽然简单,但是有效 (图片来源:参考资料[7])

在自然环境中搭建的桑拿房受到了一些蛙类的青睐,这些喜热喜湿的蛙类会主动进入桑拿房。定量PCR数据结果表明,高温高湿的环境有效减少了绿金雨滨蛙(Litoria aurea)体内的蛙壶菌数量,甚至让它们通过免疫应答获得了持续抵抗力。

在回到温度正常的普通环境6周后,这些青蛙的免疫系统仍处于激活状态,能有效防御蛙壶菌感染。打个比方,小感冒好了之后,短期内不会被同一种病原再次感染又感冒,这就是免疫应答的作用。

桑拿房的入住率还挺高 (图片来源:参考资料[4])

和之前的相关研究相比,“桑拿房”有三大优点值得一提。其一是持续跟踪了青蛙的蛙壶菌感染,证实至少在特定物种中高温疗法是长期有效的。其二是适用范围广,喜欢湿热环境的两栖类物种均可从中获益。其三是搭建方法简单易行,便于推广到更多地方,无论是野保工作者还是公众都能参与其中。

“桑拿房”疗法目前还处于初步阶段,还需要更多的实践尝试。随着进一步的研究和技术发展,这种方法有望成为保护两栖动物免受壶菌病侵害的有效手段之一,我们或许能够通过这种方法挽救更多濒临灭绝的两栖类动物。

参考资料:

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[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Batrachochytrium_dendrobatidis

[10] https://en.wikipedia.org/wiki/Chytridiomycosis

作者:葛应强

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