贝类的启示

海伦?斯凯尔斯 刘利平 李慷

软体动物及其贝壳，它们可以是宝石、工艺品和食物，也可以是乐器、钱币、织物原料，以及其他用来收藏和观赏的标本。现在，人们也在对软体动物进行研究，并发掘了它们更强大而新颖的用途。地球上的许多软体动物有过一些令人惊讶的行为，后来人们证明那些行为隐含了一些有价值的信息。有些软体动物生活在极度恶劣的条件中，那些地方可能比我们想象的可怕得多。

海洋杀手

芋螺白天不怎么活动，它们会藏在珊瑚礁的缝隙中或埋在沙子底下，仿佛要把它们那烙印在贝壳上的复杂图案隐藏起来。只有在黄昏降临之时，这些猎人才会出来寻找晚餐。

芋螺种类达到700种，如此庞大的数量导致芋螺科很可能成为海洋中最多样化的动物。它们中的大多数都进化成只捕捉某一种动物的专业猎手，有些捕食蠕虫，有些捕食蜗牛，有些捕食其他芋螺，还有些学到的技能似乎更不可思议——它们可以捕食鱼类。

芋螺从藏匿处爬出来后，会独自在水里巡逻，它们以吻部搜索周围，试图找到一条睡着的鱼。它会悄悄地挪向毫不知情的目标，然后射出一枚装满毒液的飞镖。芋螺的毒镖一旦刺入体内，鱼就会立刻丧失行动力。随后，芋螺用毒镖尾部附带的细线将猎物慢慢拖过来，然再用大得恐怖的吻部一口吞下猎物，然后慢慢消化掉这顿丰盛的晚餐。几个小时后，芋螺会缓缓吐出一堆鱼骨和鳞片。

芋螺狩猎之所以如此专业，秘密隐藏在它们的毒镖中。这些武器是一些带倒钩的中空臼齿，能够牢牢地卡在猎物的身体上。每枚毒镖可长达1厘米，但只能使用一次，就像一次性皮下注射器。毒镖能储存毒液，就像等待发射的箭头。猎物进入射程范围后，毒牙就会受到毒囊——毒鳞茎（一种刺激肌肉收缩的酶，也能刺激扇贝、鱿鱼迅速逃窜）——的挤压，从吻部末端飞速射出。

除了小鱼，芋螺也会猎杀人类，比如粗心的渔夫或贝壳收集者。当然，它们不会故意尾随并吃掉人类，芋螺猎杀人类通常是为了保护自己。当它们感觉受到威胁时，便会发射准备就绪的毒镖。芋螺的吻部很长，可以触碰到身体的所有部位，因此芋螺身上并没有什么可供人类捡起的安全地方。

18世纪早期，荷兰博物学家格奥尔格·埃伯哈德·鲁姆菲乌斯在为荷兰东印度公司工作时，记录了一起芋螺致人死亡的案例：一个印度尼西亚女孩捡起一只贝壳后发现手很痒，没多久就去世了。自那以后，大约有30起芋螺致死事故被记录在案，他们的死因几乎都是心脏病发作和膈膜麻痹导致的窒息。芋螺刺伤的严重性取决于芋螺种类。大多数芋螺的毒液不足以杀死人类，但被刺的感觉肯定不舒服，麻痹或者局部麻痹的情况会持续几周。不管如何，千万不能触碰地纹芋螺，因为它们致死的概率达70%。

更重要的问题在于芋螺的毒液如何变得如此强劲，这是一个困扰研究人员数十年的难题。1956年，耶鲁大学的艾伦·科恩首次观察到芋螺捕猎鱼类的现象，并开始琢磨它们如何发现猎物。科恩小心翼翼地把芋螺放进水族箱中，发现它们会把自己埋在沙子底下，只露出眼睛。随后，他往水族箱中放进各种食物，其中一种是活鱼。活鱼进箱后马上引发了芋螺的狩猎行为，它们从沙子中冒出来，然后搜索周围。相比之下，它们对死鱼完全不感兴趣，却会被水族箱中几滴水引发的动静所吸引，那正是活鱼游过的地方。即使那里没有任何东西，芋螺也会进行搜寻。通过这些实验，科恩认为芋螺是通过嗅觉来发现猎物的。后来，他成为芋螺研究的权威并执教于华盛顿大学。芋螺科的种类几乎都以他的名字命名。

1970年代，昆士兰大学开始研究芋螺毒液的活性成分。因为大堡礁就在昆士兰大学不远处，可以提供现成的芋螺资源，因而鲍勃·恩迪安及其同事可说是拥有极大的便利。他们首次发现毒液是一种包括了几种化合物的混合物，然而当时没人怀疑芋螺毒素的复杂性。

另外的芋螺毒液相关研究则来自1980年代巴尔多梅罗·奥利维拉的团队。奥利维拉是菲律宾人，在孩提时代就喜欢收集贝壳，因此清楚地知道芋螺能杀人。奥利维拉在美国犹他大学的新实验室中获得了突破性进展。在那里，他得到了一些聪明学子的帮助，其中一位名叫克雷格·克拉克，他提出可以试试将毒液提取物直接注入小鼠的神经系统。奥利维拉承认，当时他并不认为这会起作用，但克拉克还是行动了。几名学生进一步完善这一实验，小鼠开始表现出一些奇怪行为。不同的毒液提取物效果也不尽相同，有些会令小鼠不可控地颤抖或挠伤自己，有些会令小鼠陷入长达24小时的恍惚状态，有些会让小鼠在笼子里瘋狂乱窜甚至撞墙。

显然，芋螺毒素以不同的方式影响着实验鼠神经系统的不同部位。到了1990年代，世界各地的研究小组已经认识到芋螺及其毒液在研究神经和大脑方面的巨大潜力，甚至有可能研发出新药。不久后，这些芋螺成了最常见的海洋实验动物之一。

从化学武器到救命药

如今，人们已经了解了大量有关芋螺及其毒液的信息。芋螺毒素是由多肽混合物构成，大多数由10～30个含大量二硫键的氨基酸组成，二硫键可以让分子结构变得坚固、稳定。每一种芋螺毒素都包含有50～200个多肽，它们都藏在芋螺的毒腺之中。芋螺的毒液管上分布着一些间歇性起作用的基因，导致形成特定的多肽混合物像特调的鸡尾酒一样，这些混合物可以沿着毒液管一滴滴流到尽头的中空毒镖。芋螺甚至可以根据情况来调整相应的毒液配方，比如是狩猎还是防御。

芋螺毒素或许是地球上最复杂的毒药，其他致命生物则往往只依赖一种强大而单一的毒素。而想达到芋螺毒素那样的致命效果，你需要集合起多种其他危险生物：你不仅要舔箭毒蛙的皮肤（箭毒蛙毒素），还要吃河豚的肝脏（河豚毒素），再被梭状芽孢杆菌感染（肉毒杆菌毒素），最后再被眼镜蛇咬伤（眼镜蛇神经毒素）。这些天然毒素都含有致命剧毒，而且各不相同，极其复杂，它们之中的很多已经被用于生物医学研究，但没有一种像芋螺毒素那样吸引了如此多的注意力。不过，芋螺毒素最令神经科学家倾倒的地方不在于它们能杀死鱼或者人类，而在于它们精准的特异性。尽管芋螺毒素只由一小串氨基酸分子组成，但它们对能与自己结合的离子通道极为挑剔。

动物的神经系统周围分布着一系列令人眼花缭乱的离子通道和神经受体，每种离子通道和受体都有自己特定的形状，每种芋螺毒素都只会与一种特别的通道相结合。所以，每一种芋螺毒素都是一把特异性很强的钥匙，只能打开一把特定的锁。因此，芋螺毒素成了一种很强大的研究工具，它们让神经科学家得以在动物的神经系统内精确地选择想打开或关闭的通道，从而帮助研究神经、大脑和身体内部的运作。

在数千项研究中，芋螺毒素帮助科学家了解生物的基础运行，让人们可以更深入地了解肌肉如何收缩、血压如何调节以及肾脏、视网膜等如何工作。1980年代，奥利维拉的团队发现，从地纹芋螺中提取的芋螺毒素可以让实验鼠进入睡眠状态。这种“睡眠肽”是芋螺往水中释放的使猎物昏迷的镇静药物之一，这种活性成分后来被鉴定为“G型芋螺睡眠肽”，是一种存在于被称为“涅槃阴谋”的芋螺毒素中，它能阻断针对神经递质谷氨酸的离子通道型受体。目前，有关科学家正在做临床试验，希望检测出芋螺毒素是否可以帮助缓解难治性癫痫患者高度活跃的神经。它还能阻止阿尔茨海默症和帕金森症患者的神经崩溃。其他芋螺毒素也被尝试着用于治疗心脏病、多发性硬化症和注意缺陷多动障碍。

芋螺毒素被用来治疗慢性疼痛已经有十多年历史。齐考诺肽（吗啡等止痛药的主要替代品）是一种人工合成物，其原料正是从芋螺体内提取的毒素。它可以阻断神经细胞上的钙通道，让疼痛信号无法从神经传递到脊髓，最后到达大脑中枢。它的止痛效力是吗啡的1000倍，而且没有上瘾的风险。

受芋螺启发而开发的新药并非只有芋螺毒素这一种。事实证明，芋螺的武器比人们想象的更为复杂。形形色色的胰岛素正是地纹芋螺和郁金香芋螺的“涅槃阴谋”毒素的组成部分，与软体动物的激素相比，它们的结构更接近于鱼类激素。这是胰岛素武器化的首个已知案例，为人们研究胰岛素如何工作打开了新窗口，尽管可能还需要一些时间，但未来肯定能够研究出治疗糖尿病的新药。

（摘自广西师范大学出版社《时间的螺旋：贝壳里的人类史》）