青蛙蒸桑拿?不爲保健爲保命!

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(圖片來源:Wikipedia)

上世紀末以來,一種名爲“壺菌病”的疾病在全球迅速傳播,擴散到除南極洲以外的各大洲,對各地兩棲動物造成了毀滅性的打擊。壺菌病嚴重影響兩棲動物的正常生理機能且會導致宿主死亡,全球兩棲動物的種羣數量因此持續下降。壺菌病已經造成超過90種兩棲動物被宣告滅絕,另外120多個物種的種羣規模縮減至原有10%。

感染壺菌病而亡的青蛙

(圖片來源:@Joel Sastore Wildlife photographer of the year 2010, Natural History Museum, London)

面對殺傷力如此之高的壺菌病,科學家們正在積極尋找有效易行的治療方案,給青蛙、蟾蜍和蠑螈們爭取一線生機。除了藥物治療,科學家們還嘗試了一種高溫療法,來幫助提高青蛙對壺菌病的抵抗力。這種方法簡單易用,形象地被稱爲給青蛙等兩棲動物“蒸桑拿”

中國也有壺菌病記錄,慶幸的是尚未爆發 (圖片來源:中國科學院動物研究所)

壺菌病:兩棲動物的致命危機

造成壺菌病的兩大凶手分別是蛙壺菌蠑螈壺菌。它們都隸屬於壺菌家族,這是真菌中最早分離的一個原始分支。對全球各地的青蛙、蟾蜍和蠑螈產生致命威脅的,基本上都是蛙壺菌。由蠑螈壺菌造成的感染案例非常有限,僅見於歐洲荷蘭地區的火蠑螈。

電子顯微鏡下的蛙壺菌 (圖片來源:Wikipedia)

這種特殊的真菌既可以通過患病個體彼此接觸進行直接傳播,又可以通過水體進行間接傳播。蛙壺菌專門破壞兩棲動物的皮膚結構,嚴重擾亂其正常生理機能,讓青蛙、蠑螈等宿主出現皮膚損傷、行爲異常(如不再進食、不再逃跑)、體重減輕等症狀。

圖A至C:健康狀態下的綠雨濱蛙(Litoria caerulea)與皮膚組織;圖D至F:感染壺菌病後的綠雨濱蛙與皮膚組織

(圖片來源:參考資料[3])

兩棲動物的皮膚不僅是它們呼吸的重要器官,也是進行水和電解質平衡調節的關鍵部位。水鹽平衡受影響意味着,血漿中鈉離子和鉀離子的轉運被攔腰截斷,電解質濃度大幅減少進而造成心臟節律失常,最終導致青蛙多器官衰竭而亡

在嘗試治癒壺菌病的道路上,科學家們做了許多嘗試,但始終沒發現最行之有效的方法。

化學角度的治療思路主要是給已經中招的青蛙使用廣譜抗真菌藥物。在實驗室條件下,伊曲康唑等各類藥物起到一定作用,能或多或少地清除試驗蛙個體身上的壺菌孢子。但接受藥物的青蛙並沒有獲得免疫能力,在停藥後容易重新感染壺菌病。

研究人員在青蛙身上採樣以測定感染情況 (圖片來源:pursuit.unimelb.edu.au)

抗真菌藥物療法對於實驗室和養殖場這種相對封閉的環境是有效的,但這種方法不適用於在野外生活的種羣。因爲在開放環境中,極高的用量才能保證藥物濃度達到有效閾值。而大量藥物的使用,又容易衍生一些未知生態風險,如錯殺其他生物和造成繼發污染等。

開放的野外環境無法大量投藥 (圖片來源:Wikepedia)

感染範圍如此廣泛的情況下,想要通過藥物徹底抹殺蛙壺菌已成爲一件不大可能的事情。科學家們轉而開始尋找其他治療方法,蛙壺菌對環境溫度變化的敏感性成了突破口。

在涼爽條件下,蛙壺菌可以快速繁殖,相反在溫暖溼熱環境中這種真菌很難生存。澳洲昆士蘭地區和巴西卡帕拉奧地區多種青蛙的流行病學數據也佐證了這一觀點:壺菌感染率會隨着季節和分佈地海拔變化而波動,冬季時節和高海拔地區感染率和感染負荷明顯更高。

科學家們已明確蛙壺菌的最適繁殖溫度範圍是17至25攝氏度,這一數據爲壺菌病的控制和治療提供了關鍵線索。

在炎熱月份,兩棲動物的蛙壺菌感染率明顯更低 (圖片來源:參考資料[1])

“蒸桑拿”成了最有希望的療法

基於蛙壺菌的溫度敏感性,科學家開始了非藥物治療方法的嘗試,通過提高環境溫度來抑制壺菌的生長。

高溫治療壺菌病的研究案例始於2003年。一種名爲紅眼雨濱蛙(Litoria chloris)的澳洲青蛙在接受37攝氏度的處理後,竟完全清除了身上的蛙壺菌。紅眼雨濱蛙成爲了最早受益於這種高溫療法的物種,此後陸續有研究用其他青蛙測試了不同溫度的治療效果。

紅眼雨濱蛙,第一種通過“蒸桑拿”成功治療壺菌病的蛙類(圖片來源:Wikipedia)

今年6月剛發表的一項新研究,將壺菌病高溫療法再往前推進了一步,並提高了其實用性。

研究者設計了一種簡易“桑拿房”,使用磚塊和薄膜等常見材料即可搭建。這種裝置可以模擬熱帶雨林環境,在自然光照的基礎上給受感染蛙類提供了一個高溫高溼的環境。

研究者搭建的“桑拿房”:雖然簡單,但是有效 (圖片來源:參考資料[7])

在自然環境中搭建的桑拿房受到了一些蛙類的青睞,這些喜熱喜溼的蛙類會主動進入桑拿房。定量PCR數據結果表明,高溫高溼的環境有效減少了綠金雨濱蛙(Litoria aurea)體內的蛙壺菌數量,甚至讓它們通過免疫應答獲得了持續抵抗力。

在回到溫度正常的普通環境6周後,這些青蛙的免疫系統仍處於激活狀態,能有效防禦蛙壺菌感染。打個比方,小感冒好了之後,短期內不會被同一種病原再次感染又感冒,這就是免疫應答的作用。

桑拿房的入住率還挺高 (圖片來源:參考資料[4])

和之前的相關研究相比,“桑拿房”有三大優點值得一提。其一是持續跟蹤了青蛙的蛙壺菌感染,證實至少在特定物種中高溫療法是長期有效的。其二是適用範圍廣,喜歡溼熱環境的兩棲類物種均可從中獲益。其三是搭建方法簡單易行,便於推廣到更多地方,無論是野保工作者還是公衆都能參與其中。

“桑拿房”療法目前還處於初步階段,還需要更多的實踐嘗試。隨着進一步的研究和技術發展,這種方法有望成爲保護兩棲動物免受壺菌病侵害的有效手段之一,我們或許能夠通過這種方法挽救更多瀕臨滅絕的兩棲類動物。

參考資料:

[1] Belasen A M, Peek R A, Adams A J, et al. Chytrid infections exhibit historical spread and contemporary seasonality in a declining stream-breeding frog. Royal Society Open Science, 2024, 11: 231270.

[2] Fisher M C, Garner T W J. Chytrid fungi and global amphibian declines. Nature Reviews Microbiology, 2020, 18: 332–343.

[3] Jamie V, Erica B R, Lee B. Interactions between Batrachochytrium dendrobatidis and its amphibian hosts: a review of pathogenesis and immunity. Microbes and Infection, 2011, 13(1): 25-32.

[4] Lee B, Lee F S, Tiffany A K, et al. Advances in Managing Chytridiomycosis for Australian Frogs: Gradarius Firmus Victoria. Annual Review of Animal Biosciences, 2024, 12:113-133.

[5] Michael A H, Richard P Y, Javier L, et al. In-situ itraconazole treatment improves survival rate during an amphibian chytridiomycosis epidemic. Biological Conservation, 2016, 195: 37-45.

[6] Scheele B C, Pasmans F, Skerratt L F, et al. Amphibian fungal panzootic causes catastrophic and ongoing loss of biodiversity. Science, 2019, 363(6434):1459-1463.

[7] Waddle A W, Clulow S, Aquilina A, et al. Hotspot shelters stimulate frog resistance to chytridiomycosis. Nature, 2024, 631: 344-349.

[8] Woodhams D C , Alford R A , Marantelli G. Emerging disease of amphibians cured by elevated body temperature. Diseases of aquatic organisms, 2003, 55(1):65-67.

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

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

作者:葛應強

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