幫助分解屍體,細菌蛆蟲或成"喪屍末日"中人類救星

（原標題：Bacteria and bugs will save us from the zombie apocalypse）

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如果像美國恐怖電視劇《行屍走肉》中的場景真在現實中上演，我們如何在這樣的世界中生存，用什麼來應對喪屍的「圍捕」。科學家們認為，或許微生物、蛆蟲會成為更好的武器。

圖1：喪屍伸出胳膊跌跌撞撞地走向觀眾，在走廊盡頭的明亮燈光下可以看到更多喪屍

美國新澤西州羅格斯大學法醫考古學家金伯利·莫蘭（Kimberlee Moran），專門研究人類遺骸以了解過去可能發生的事情。她解釋說，當人死後，屍體不會自己站起來，更不會拖著步子走出門外。想像他們像喪屍那樣行動完全是錯誤的，他們哪兒也去不了。

莫蘭表示，沒有任何東西可以驅動屍體重新動起來。大腦利用神經系統通過電脈衝控制身體運動，因此當一個人死去時，這些電脈衝就會消失，喪屍蹣跚學步式的活動也會隨之消失。莫蘭指出，即使瘋狂的科學家或邪惡的外星病毒設法讓這些電脈衝再次啟動，宿主移動起來也會非常困難。

莫蘭說:「阻礙屍體重新活動的第一個障礙就是身體僵硬的問題。當一個人死亡時，他的細胞不會立即死亡，其間發生的許多生理反應都在繼續。但是由於呼吸已經停止，這些細胞無法再獲得任何氧氣。氧氣是細胞充能所必須的媒介。肌肉細胞(以及體內所有的細胞)都依賴於一種叫做三磷酸腺苷(ATP)的分子。當它們收縮和放鬆時，就會使用ATP。能量損失會導致ATP轉化為二磷酸腺苷(ADP)。然後，在氧氣的幫助下，一個化學過程將ADP的能量加載上去，將其轉化為ATP，然後再次使用。」

若沒有氧氣的幫助，這個循環過程就會停止。但細胞中並沒有留下未充能的ADP。厭氧活動（在沒有氧氣的情況下產生能量）會使細胞持續存活一段時間。然而，厭氧活動有個很大的缺點，它會產生一種叫做乳酸（lactic acid）的副產品，可以在短時間內將ADP轉化為ATP。莫蘭稱，這足以使肌肉收縮，但卻不足以讓肌肉再次放鬆。沒有ADP-ATP的循環，肌肉就會保持收縮狀態，身體被鎖定在」劇烈的抽筋」狀態。死後三到六個小時就會開始僵硬的屍體，肯定無法讓喪屍在街道上遊蕩。

自溶-腐化

莫蘭指出，屍體在變得僵硬很久之前，就已經開始分解。細胞中含有能消化細胞的酶。當細胞存活時，它們會小心地將這些酶儲存在遠離細胞其他部分的地方，並在那裡處理廢物。但是在人死後，這些酶被釋放出來，並開始破壞它們以前的「家園」，這個過程被稱為自溶。莫蘭說:「細胞破裂，一切軟綿綿的東西最終都會液化，包括肌肉和器官，因此喪屍重新站起來蹣跚前行的可能性非常小。」

這些酶並不是唯一讓屍體失去動力的東西。人體內的細菌也始終保持在消化狀態。沒有食物從食道流下來，它們就會把腸子裡的食物和任何擋在它們前面的東西都吃掉。莫蘭解釋說:「你和腸道裡沒有氧氣的細菌關係十分密切。但是當你死的時候，沒有食物進來。細菌變得焦躁不安，開始消化宿主。」

這個過程被稱為腐化，它會產生一種強烈的、令人反胃的氣味，讓人聯想到死亡。

自然吸引力

人類不是唯一能聞到死人氣味的生物，被這種氣味吸引的還有蒼蠅。厄瓜多昆蟲學家南茜·米奧雷利（Nancy Miorelli）解釋說:「綠頭蒼蠅會首先到來，它們有靈敏的觸鬚，能在6至19公裡外嗅到屍體的氣味。它們在幾分鐘內就會出現在現場。」綠頭蒼蠅不吃人肉，但它們的後代卻不忌口。綠頭蒼蠅和其他蒼蠅在屍體上產卵。這些卵孵化成蛆蟲，以吸收液化身體中的營養為生。

蛆蟲會吸收細胞和細菌留下的東西。米奧雷利說：「這樣，你的頭髮、肌腱、皮膚、骨骼就會變得很硬。」這些較硬的材料可能會保留更長時間，但即使如此，最終也會被分解。隨後甲蟲的到來是為了伸出援助之手，或者更確切地說，是伸出嘴巴。它們有可用於咀嚼的嘴部，可以咀嚼和分解蒼蠅無法消化的東西。在完美條件下，沒有蟲子，屍體會在一兩年內變成骨架。

但地點很重要，溫暖的環境會加速這個過程。在亞馬遜，這個過程只需一到兩個月。在其他蟲族的幫助下, 米奧雷利表示，屍體被消化的時間可以從幾個月減少為幾個星期，這不會給喪屍留下太多重新站起來的時間。屍體所處的位置也很重要。蛆蟲是沒有腳的、蠕蟲形狀的幼蟲，所以它們很容易從不平坦的表面掉落。如果屍體是躺著的，腐爛的速度會更快，因為蛆蟲不會掉下來。但如果喪屍在走路，他們會留下一地蛆蟲。

涼爽的環境可以減緩這個過程。微生物和蟲子在溫暖的天氣裡工作效率都很高，而寒冷的天氣可以幫助喪屍們在更長的時間裡（幾個月甚至幾年）保持身體平衡。米奧雷利指出：「南極洲、加拿大的部分地區，那裡的喪屍可能更可怕。」

但莫蘭卻並不擔心。即使屍體保持新鮮，它們也永遠無法與大腦聯繫起來。莫蘭說：「如果一個人真的死了，絕不會再重新站起來。如果他們繼續拖著腳走路，從技術上說，他們就還沒有死。所以關於喪屍的電影、書籍和遊戲不應該讓人晚上難以入眠，生物學和昆蟲都是對付喪屍的利器。」

地球生命保護者

這些微生物就在我們身邊。儘管人們對它們知之甚少，但它們卻可能是在天災人禍中保護地球上生命的關鍵。

圖2：從大自然到人體內部器官，世界上到處都是看不見的細菌。大多數人認為這些細菌都是危險的，不過生物學家們可能更了解它們。研究這些鮮為人知的微生物，可以更好地揭示它們為何能成為「看不見的生命支柱」來發揮作用的

維多利亞·歐凡（Victoria Orphan）從記事起就熱愛海洋。她曾在加州聖地牙哥自家附近的太平洋上潛水，去探訪海洋表面下隱藏的動植物世界。上世紀90年代初，歐凡在加州大學聖巴巴拉分校就讀時，發現了許多改變她對海洋和地球生命看法的東西。

另一個學生給她看了一小瓶海水，歐凡並不認為它有什麼特別。然後，在水中加入螢光化學物質，並用紫外線照射後，數以百萬計的細菌開始發光，試管也亮了起來。就在片刻之前，這些微生物還是隱身的。歐凡說：「這些微生物到處都是，但我們卻看不見它們，我們對他們幾乎一無所知。」現在，歐凡幾乎每天都在探索這個隱藏的單細胞世界。作為加州理工學院的地球生物學家，歐凡研究細菌和其他微生物如何幫助塑造深海景觀。

圖3：在研究船上，歐凡拿著從海底撈起的沉澱物，橙色物質是一大團細菌。研究人員從加州附近海底的裂縫中收集這些微生物，那裡是甲烷氣體滲出的地方

細菌在許多生態系統中都扮演著中心角色，包括海洋、土壤和大氣中，它們也是全球食品網的重要組成部分。此外，細菌還在幫助地球上所有其他生命延續生存。這就是科學家們為何稱這些單細胞生物是「所有生命無形支柱」（至少在地球上）的原因。然而，我們對它們還有很多疑問。科學家們認為他們已經鑑定出的細菌種類還不到所有細菌種類的1%。這促使歐凡和其他人深入探索單細胞世界的奧秘，他們懷疑細菌將成為理解和保護地球最重要自然資源的關鍵。

甲烷食客

有些細菌以看似非常怪異的東西為生。科學家們已經發現了可以吞噬巖石、汙水甚至核廢料的細菌。歐凡研究的是一種生活在海底併吞噬甲烷的細菌。甲烷是一種溫室氣體，就像二氧化碳和其他溫室氣體一樣，當人們燃燒石油、天然氣和煤炭時，甲烷就會進入空氣。還有天然的甲烷來源，如天然氣、水稻生產和牛糞中。溫室氣體在大氣中吸收熱量，促使全球氣候日益變暖。

甲烷也可以從地下滲入海底。有些科學家說，如果沒有海洋細菌，更多的甲烷會釋放到大氣中。有些細菌以甲烷為食，這使得海洋能夠捕獲大量的氣體。歐凡解釋稱：「這些微生物是『看門人』，它們阻止海洋甲烷進入大氣層，從而難以改變溫室氣體的含量。」

在廣闊的海底尋找單細胞生物是一項艱巨挑戰。透過潛水艇的舷窗，歐凡在尋找成串的蛤蜊和巨大的管蟲。這些生物發出的信號是，看不見的海洋細菌也生活在那裡。在那些以甲烷為食的動物生活的任何地方，它們在進食時都會產生新的分子。其他生物利用這些新分子作為食物，整個食物網就在海底形成了。

歐凡和她的團隊在海底的裂縫中發現了甲烷吞噬細菌，這些氣體正從裂縫中滲出。這些裂縫經常發生在兩個構造板塊相互碰撞的地方。他們了解到，有些細菌只能通過與其他被稱為古菌屬的單細胞生物合作才能吃掉甲烷。歐凡說，這一重要的細節可以幫助科學家更好地預測有多少甲烷洩漏到空氣中。

深海溝壑

甲烷食客並不是唯一引起科學家興趣的深海細菌。德拉瓦大學海洋微生物學家珍妮弗·比德爾（Jennifer Biddle）說：「深海是許多炫酷微生物的家園。」比德爾研究生活在深海海溝中的細菌。

圖4：馬裡亞納海溝是地球上最深的地方，比德爾和同事們發現了關於在這裡生存的細菌的新線索

這些水下峽谷是地球上被研究最少的地方之一，它們很難接近。這個被稱為「挑戰者深淵」(ChallengerDeep)的地方創造了探索地球上已知最深地點的紀錄。在西太平洋的馬裡亞納海溝底部，挑戰者深淵延伸到海平面以下約11公裡處。如果世界上最高的山峰珠穆朗瑪峰坐落在馬裡亞納海溝，它的頂峰仍將在水下1000多米處。

馬裡亞納海溝是最難生存的地方之一。那裡沒有陽光，溫度很低。大型動物（如鯨魚或大魚）無法生存，因為巨大的海水壓力會壓垮它們。因此，大多數當地「土著」都是顯微鏡下的動物也就不足為奇了，它們已經適應了那裡的極端條件。比德爾和其他科學家與深海探險者合作，向挑戰者深淵發射了一艘潛艇。

《阿凡達》和《鐵達尼號》等電影的導演詹姆斯·卡梅隆（James Cameron）駕駛著這艘船。2012年3月，卡梅隆在製作名為《深海挑戰3D》的紀錄片時造訪了挑戰者深淵的底部。但這艘潛艇的艱難下潛不僅僅是為了在大屏幕上播放迷人的視頻，它還從底部帶回了沉澱物。比德爾和其他科學家對沉澱物進行了DNA篩選。他們在尋找熟悉的細菌基因，發現了被稱為Parcubacteria的證據。

直到2011年，科學家們才知道這類細菌的存在。當時，他們在地下水和土壤中發現了部分跡象。但比德爾的研究小組現在證明，它也能在海洋最難以接近的深處生存，比如馬裡亞納海溝。微生物在那裡呼吸的是氮氣，而不是氧氣。這是有道理的，它們已經適應了氮氣，因為它們所生存的環境裡幾乎沒有氧氣。比德爾說，我們發現的這種鮮為人知的細菌越多，我們就越能了解它們對生態系統的作用。

甚至我們廚房和堆肥裡的細菌也引起了科學家們的興趣。酵母麵包是在麵包粉中混合了大量的細菌後，產生了獨特的酸味所致。這些細菌產生二氧化碳、酸和其他有味道的化合物。但要發揮作用，酵母細菌需要其他朋友幫忙。只要從混合物中分離出一種細菌，化學反應就不會發生。

微生物學家史蒂夫·辛格（Steve Singer）住在以酵母麵包聞名的加州城市舊金山附近。他在勞倫斯伯克利國家實驗室的能源部工作，並懷疑他可以利用酵母的經驗來製造更好的生物燃料。這些植物燃料可以為汽車或卡車提供動力，它們被認為是「綠色能源」，比化石燃料更環保。

圖5：細菌瓶放在窗臺上，瓶子裡有白色物質。微生物學家史蒂夫·辛格(Steve Singer)研究生活在垃圾上的細菌

為了製造生物燃料，科學家必須把植物分解成糖類，這些糖可以被轉化為乙醇(酒精)等燃料。分解植物的化學反應需要酶的幫助，這些分子能啟動或加速化學反應。目前，用於製造生物燃料的酶很昂貴，而且效率也不高。這就是為什麼全世界的研究人員都在尋找能夠降低成本並加速生物燃料生產的酶的原因。

辛格把尋找它們的目光轉向堆肥堆。在那裡，細菌群落正在努力分解腐爛的水果和蔬菜。辛格把一小塊堆肥樣本帶回了他的實驗室。在那裡，他讓來自堆肥的細菌在燒杯裡生長。後來，他收集了這些細菌產生的酶，並在其他植物上進行了測試。這樣做產生了效果，酶把植物分解成糖。

就像酸麵團細菌需要它們的朋友來發揮作用一樣，辛格發現這些微生物只有當它們來自不同的堆肥細菌群落才能產生有用的酶。辛格現在正在擴大他的計劃，其團隊正在一個叫做生物反應器的巨大容器中培育細菌。在製造出大量的新酶之後，他可以測試它們是否比現有的酶更有效地將植物廢料轉化為燃料。

元基因組

辛格正在研究他的新酶，卻不知道是哪些細菌在製造它們。這並不奇怪，細菌是肉眼看不見的。即使有顯微鏡，區分兩個物種也很難。它們看起來不像兩種鳥類或花那樣截然不同。科學家需要一種不同的方法來區分細菌，並知道它們何時誕生了新的細菌。這項調查的關鍵時DNA。所有的生物體在他們的環境中都會釋放些DNA。在荷蘭生態研究所研究細菌的凱利·拉米雷茲（Kelly Ramirez）解釋稱：「這就像一個指紋，每個都是獨一無二的。」

擦洗櫥櫃檯面，你可能會發現人類的DNA。也可能有些植物DNA(來自剛剛切好的蔬菜)，或幾種真菌的DNA。如果你養寵物，甚至可能會有些狗或貓的DNA。你也會得到一堆細菌DNA，因為細菌幾乎無處不在。所有被丟棄的基因片段都被稱為環境DNA（eDNA）。

圖6：超過1000名科學家正在共同努力對地球上所有的細菌進行分類，他們的項目被稱為地球微生物項目（Earth Microbiome Project）。到目前為止，他們已經收集了超過10萬份細菌樣本

拉米雷茲指出，科學家可以利用這些基因指紋來發現新的細菌。他們只需要帶些泥土、海水或堆肥到實驗室，看看裡面有什麼。環境中所有遺傳物質的總和被稱為元基因組(metagenome)。尼克把它想像成DNA湯，所有用於構建不同生物體基因的分子都混雜起來。科學家們用計算機來解開這團亂麻。

電腦程式像篩子一樣過濾DNA湯。科學家們會從中尋找熟悉的基因序列模式，它們形成了生物體的DNA指紋。如果科學家們發現了他們無法識別的指紋，那可能是因為它來自新物種。科學家們可以將這些模式與熟悉的細菌指紋相比較，看看新細菌來自生命之樹的什麼地方。比德爾解釋道：「我們現在可以在看不到的情況下發現新的微生物。」

生命之樹的細菌枝幹正在以前所未有的速度長出新芽。30年前，地球上所有已知的單細胞生物都可以分成十幾個主要類群。現在大約有120個已知的類群，而且每組細菌的數量每天都在增加。

小生命，大數據

當你把數以百萬計的新細菌DNA序列加起來時，你會得到什麼？大量的數據。美國阿貢國家實驗室的微生物學家傑克·吉爾伯特（Jack Gilbert）說，你可以把地球想像成一臺機器，把地球上所有的生態系統想像成機器的部件，所有這些關於細菌DNA的數據都是「了解組成機器部件以及它們如何協同工作」的關鍵。

吉爾伯特的團隊正試圖將這些數據整理成地球上所有細菌的虛擬目錄，它被稱為地球微生物項目（Earth Microbiome Project）。全世界1000多名科學家正在幫助收集樣本。他們在不同的環境中尋找細菌，然後測試細菌DNA。到目前為止，研究人員已經收集了10萬份樣本。他們已將深海細菌分類，在距離地球350公裡的國際空間站上發現了細菌，在熱帶雨林和公共廁所等普通場所發現了細菌。

要了解不同生態系統是如何驅動「地球生命」這臺巨大機器的，首先要找出潛伏在那裡的細菌，以及它們的原因。吉爾伯特說，了解細菌可以幫助我們回答有關地球如何運作的問題。細菌可以解釋為什麼海洋中的珊瑚礁上充滿了生命，或者可以解釋為什麼北美大草原的土壤很適合種植農作物。這就是為何這項研究如此重要的原因，他說:「這是可以幫助我們更好地保護地球的知識。」