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一只青蛙几条腿

  为什么会出现3条腿的青蛙,青蛙畸形是怎么回事?青蛙畸形和环境有关系吗?蛙类畸形源自污染还是自然现象?

当蛙类出现畸形的报道出现,公众和媒体给予了极大的关注。这时候,科学家在干什么?有时候,科学研究的结果可能不是那么符合大家

的预期。

瘦驼 发表于 ?2014-01-03 11:58

1英国普利茅斯大学的布兰登·巴伦日拍摄的一只有12条腿的蛙,这是一项由英国艺术机构“艺术催化剂”资助的项目的一部分,旨在把科学和艺术联系在一起。

一只青蛙一张嘴,两只眼睛四条腿。两只青蛙两张嘴,四只眼睛八条腿。多少人的乘法入门就是这样开始的?

实际上,从3.75亿年前泥盆纪出现的提克塔利克鱼(Tiktaalik roseae)开始,之后所有的两栖、爬行、鸟类和哺乳类无不是依照这种模式构建它们的身体的,即便是偶有蚓螈、蛇和鲸这样的例外,也只不过是把某些肢体给缩小或者变形了而已。

所以,当你看到三条腿、五条腿或者七、八、十条腿的青蛙时,一定会产生强烈的违和感,这不应该啊!

前几天,吉林某饭馆里就发现了这么一只三条腿的牛蛙,据报道1,这只牛蛙除了少了条腿,看上去没有什么异样,于是店家把它作为吉祥物养了起来。而吉林省生物研究所的专家则表示这种牛蛙属于发育畸形,或因水质、临近的土壤等因素受到污染导致变异,最好不要食用。

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长春饭馆里发现的三腿牛蛙,图片来自于光明网

如果你在搜索引擎里搜索“蛙+畸形”的话,就会看到更多类似的情况。

如果放眼世界,你还会惊讶的发现,一只青蛙四条腿还真不是个普遍真理,随手就可以找到一堆缺胳膊多腿的蛙类照片。

一次震惊世界的中学课外活动

1995年8月,美国明尼苏达州勒苏尔Le Sueur县新乡学校(New Country School)的生物教师辛蒂·雷尼茨(Cindy Reinitz)组织学生在附近的明尼苏达河湿地里做生物考察。一个孩子抓住了一只三条腿的青蛙,带给辛蒂看。一开始,辛蒂还以为是学生淘气拽掉了青蛙的一条腿,可仔细一瞧,青蛙身上没有新鲜伤口,起码不是刚刚被弄掉了腿。随后,越来越多奇怪的青蛙被孩子们发现,孩子们和他们的老师逐渐意识到了一个大问题——他们采集到的北美豹蛙(Rana pipiens)里出现了很多畸形,大部分是少或者多了肢体的。感到事情非同小可的辛蒂向明尼苏达州污染管控局(MPCA Minnesota Pollution Control Agency)报告了此事。很快,美国的其他地方以及美国之外的地区,也相继发现——青蛙不总是四条腿了。

新乡学校因此名声大噪,现在,这所学校的校徽就是一只五条腿的青蛙。

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明尼苏达州新乡学校的校徽

肯定是哪里出了问题

新乡学校的故事,具备成为一个优质热点话题的一切元素:孩子、畸形动物、可能的污染、潜在的威胁、学界和政府的失察。确实,它很快火了起来,那还是在互联网刚刚兴起的web1.0时代,话题的热度也没有那么容易消散。

人们的担心和焦虑不是没有道理。蛙类的大量畸形产生,确实可能是一个警示信号。

蛙类首先是极常见的,从田园牧歌时代走出来的人类还记得夏天是个水洼就有蛙鸣的情景。而且,蛙的一生都离不开水,它的卵产在水里,在水中孵化,蝌蚪在水中完成神奇的“变态”成为四条腿的家伙。如果水中有了什么污染物,蛙类几乎是首当其冲的受害者。遗憾的是,随着人类的某些活动,水污染确实是一个无法回避的问题。那时候人们已经发现了一些化学物质,比如某些农药,会导致动物的畸形发生。

这是一个上去很合理的逻辑链条。媒体和大众这时候都在质疑:大自然如此明显的警告,为何是被中学生发现了,政府哪去了?“砖家”都哪去了?

面对这样的质疑,风口浪尖上的明尼苏达州污染管控局坐不住了。与我国的很多政府部门做法不太一样,MPCA在1997年9月向公众披露了一项尚未发表的研究。这项研究表明,非洲爪蟾的受精卵在取自明尼苏达某处池塘的水中出现了发育异常。虽然水质监测一切正常,这条消息还是引起了当地居民的恐慌。但是不久,就有科学界的人指出爪蟾毕竟不是本地物种,而且爪蟾的发育需要一种在当地水源里缺乏的无机盐。果然,添加了这种盐之后,爪蟾胚胎的发育就没问题了。于是,没过多久,MPCA收回了前面研究报告2。

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坐不住的还有一位“砖家”。他就是美国哈特维克学院(Hartwick Collage)的生物学家斯坦利·塞森斯Stanley Sessions。在一封发表在1998年1月23日《科学》杂志的一封信3中,塞森斯吐槽:“我看了如此多的报道,但凡有引用了科学界说法的,几乎有一半来自于我1990年发表的一篇论文4。且不说已经过去了很多年,那篇论文只是讨论了加州某地的情况而已。”

?塞森斯1985年从加州大学伯克利分校拿到动物学博士学位,主攻两栖动物。在他看来,青蛙不是四条腿可不是个新鲜事。早在他还上学那会儿,学界已经有不少讨论了,只是从未引起媒体和公众的注意而已。

四种假说

那时候,针对蛙类多腿少腿的问题,学界提出了四种假说:捕食说、寄生虫说、紫外线说和农药说。

捕食说的核心内容是蛙类在发育的过程中互相攻击或者被其他捕食者攻击,丢失了某条肢体或者蝌蚪身上将来会发育成肢体的部分受伤,从而造成成体的肢体缺失或者畸形。

寄生虫说的核心内容是蛙类常被寄生,这些寄生虫会干扰蝌蚪肢体的发育造成畸形。

紫外线说就有点切中时弊了,因为那时候关于臭氧空洞的话题非常火爆,照射到地面上的紫外线增加,而紫外线是可能破坏DNA的,有可能让脆弱的青蛙胚胎发育异常。

农药说的关键则是某些农药中使用的类视黄醇类物质(Retinoid),这种物质已知可以导致包括人在内的很多动物肢体畸形。

你愿意相信哪种假说?媒体喜欢哪种假说?

用实验说话

塞森斯1987年在南加州调查濒危的长趾钝口螈(Ambystoma marcrodactylum)的时候发现了一些死亡个体,在对这些标本进行检查时,他发现了蝾螈体内有一些寄生虫形成的包囊,这些包囊特别集中在蝾螈的后肢和骨盆处。蝾螈跟青蛙同样属于两栖动物,塞森斯怀疑上了这种寄生虫。现在我们知道这种寄生虫叫做?Riberoria trematodes,是一种吸虫。与我们熟悉的血吸虫一样,这种吸虫有着复杂的生活史。它的第一个宿主是池塘里的螺,水里吸虫的毛蚴会钻到螺的体内,经过一段时间,一条毛蚴可以变成成百上千的囊蚴。这些囊蚴脱离螺的身体寻找第二宿主,也就是蝌蚪。在蝌蚪体内,囊蚴变成后囊蚴,同时,蝌蚪也变成了蛙。水鸟捕食了蝌蚪和蛙,吸虫的后囊蚴在鸟的消化道内成熟,产下大量的卵。卵随着鸟粪回到池塘,孵化成毛蚴。如此周而复始。

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吸虫Ribeiroia的生活史,编译自http://faculty.evansville.edu/de3/b32002/PPoint/Presentation/sld010.htm

塞森斯和同事们在美国四个州的十二个采样点采集了五种蛙类的标本,发现了不少肢体畸形个体,这些个体的肢体根部几乎都发现了?Riberoria trematodes的结节5。与此同时斯坦福大学的皮特·约翰逊(Pieter Johnson)团队也把目光投向了吸虫。他们在实验室里模拟野外的环境,让吸虫感染太平洋树蛙(Hyla regilla)蝌蚪,果然,被感染的蝌蚪发育成蛙后出现了多腿的现象,跟野外观察到的情形非常相似6。这些吸虫形成的结节非常特异性的在蝌蚪的肢芽(也就是之后变成四肢的部分)处产生,干扰了正常的发育程序,使之产生多腿现象。

为什么会这样?塞森斯认为可以用进化来解释。被吸虫感染的蛙并不致命,但是肢体畸形却让它们的运动能力大大下降,更容易被鸟类捕食,从而替吸虫完成生活史。可以说,这些多腿的青蛙几乎是被吸虫驾驶的卡车。

这两项发表于上世纪末的研究算是给寄生虫说提供了有力的支撑。

等等。那些少腿的青蛙怎么解释?塞森斯又花了十年时间研究这个问题。他在实验室里养了很多蝌蚪,模拟野生环境,进行观察。其实养过蝌蚪的朋友都知道,这些看起来圆头圆脑的家伙,其实很残暴,它们经常互相攻击,至于大一点的把小的吃掉也不稀奇。特别是当蝌蚪开始向蛙变形的时候,先长出来的后肢因为大小尺寸合适,就更容易被咬住。

不仅是同类,水里的鱼类、其他两栖动物和一些昆虫也很喜欢攻击刚长后腿的蝌蚪塞森斯同英国普利茅斯大学(University of Plymouth)的布兰登·巴伦日(Brandon Ballengee)一直在同英国的“艺术催化剂”(Arts Catalyst)机构合作,拍摄了大量肢体畸形蛙类的照片。如今你可以在一些顶级画廊看到这些照片。“艺术催化剂”多年来一直在尝试沟通艺术和科学。作为合作项目的一部分,从2006年到2008年,两人一起在英国的约克郡进行了三年的蛙类调查。发现英国约克郡的情况跟北美非常类似,几乎有10%的青蛙有肢体畸形。这次塞森斯着重研究了一下缺腿类型的。他和巴伦日把蝌蚪和那些可能的嫌疑犯养在一起。最后发现,最常攻击蝌蚪的居然是蜻蜓的稚虫,也就是常被我们称作水虿的7。少了一条腿的蝌蚪还有很大的概率可以活下来,变成三条腿的青蛙。

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巴伦日的作品,更多作品请到他的个人网站http://brandonballengee.com/blog/

那紫外线和农药呢?在实验室里,紫外线和农药确实可以导致蛙的发育异常,甚至确实可以产生一些肢体畸形的个体。有一些研究证明,日常计量的紫外线已经可以造成一些蛙类的肢体缺失,但这种缺失一般是双侧对称的,无法解释三条腿的蛤蟆的存在。同样,在实验室里,类视黄醇类物质可以让两栖动物出现前后端重复畸形(PDD Proximal-distal duplication)和后端镜像重复畸形(PMID ?posterior mirror-image duplication),但在野外科学家们从未发现过PDD的蛙类。而在实验室里吸虫感染可以造成蛙类的PMID、前端镜像重复畸形(AMID anterior mirror-image duplication)以及三倍镜像畸形(MIT mirror-image triplication),这三种都可以在野外观察中找到实证8。

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几种常见的两栖动物肢体畸形,来自于http://info.hartwick.edu/biology/def_frogs/

回响

历时十几年,这点蛤蟆事早已经不是热点了。塞森斯却说:“解释蛙类畸形,还有大量研究要做呢。”这也是他2010年发表的一篇回应同行对他的质疑的文章的标题9。确实,还有很多问题没有明了,比如,过去人们为什么没有那么多关于蛙类畸形的报道?现在是确实增加了,还是仅仅因为媒体发达的缘故?如果是因为前者,是什么原因导致的?跟人类活动是否相关?

虽然大众的热情早已消退。但是科学家却没有停下脚步。

参考文献

  1. http://news.sohu.com/20131230/n392614207.shtml
  2. Kaiser, J. Deformed Frogs Leap Into Spotlight at Health Workshop. Science 1997 December 19; 278: 2051-2052.
  3. Sessions, S.K. 1998. Frog deformities (letter) Science 279:461-462.
  4. Sessions, S.K. and S.B. Ruth. 1990. An explanation for naturally occurring supernumerary limbs in amphibians. Journal of Experimental Zoology 245:38-47.
  5. Sessions, S.K. 1998. Amphibians and trematodes. Froglog 26:1-2.
  6. Pieter T. J. Johnson et al. The Effect of Trematode Infection on Amphibian Limb Development and Survivorship. Science 30 April 1999: Vol. 284 no. 5415 pp. 802-804
  7. Ballengeé, B. and S.K. Sessions (2009). Explanation for missing limbs in deformed amphibians.Journal of Experimental Zoology (Mol Dev Evol) 312B:1-10.
  8. Sessions, S.K., R.A. Franssen, and V.L. Horner.? 1999.? Morphological clues from multilegged frogs:? are retinoids to blame?? Science 284:800-802.
  9. S.K. Sessions and Ballengeé, B. (2010). Explanations for Deformed Frogs:Plenty of Research Left to Do. . Journal of Experimental Zoology (Mol Dev Evol) 314B: 341-346
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