螞蟻是如何給自己解毒的？

作者：魏昕宇（材料學(xué)博士）

提到解毒藥，許多朋友的腦海中一定會(huì)浮現(xiàn)出文學(xué)作品中常見(jiàn)的情景：某位武林高手不慎被仇人下毒，奄奄一息之際，好友及時(shí)趕來(lái)，灌下一碗湯藥，不出片刻就轉(zhuǎn)危為安。文學(xué)作品中的描寫當(dāng)然有許多荒唐和夸大之處，不過(guò)現(xiàn)實(shí)生活中確實(shí)有一些“解毒藥”存在。它們能夠與一些有毒的化學(xué)物質(zhì)起作用，從而消除這些毒物的毒性。萬(wàn)一某些有毒物質(zhì)進(jìn)入我們的身體，這些解毒藥能夠及時(shí)幫助我們恢復(fù)健康。

不過(guò)解毒藥可不是人類的專利，有些動(dòng)物也懂得利用它。今天我們就來(lái)看一看螞蟻是如何利用解毒藥的。

本文最先上場(chǎng)的角色是 原產(chǎn)南美洲的入侵紅火蟻。 上個(gè)世紀(jì)30年代，入侵紅火蟻在無(wú)意中被引入美國(guó)南方，很快就在當(dāng)?shù)芈娱_(kāi)來(lái)，讓人們頭疼不已。 入侵紅火蟻適應(yīng)能力極強(qiáng)，能夠在各種環(huán)境中筑巢，它們的巢穴經(jīng)常對(duì)農(nóng)田、庭院甚至住宅造成極大破壞。 入侵紅火蟻不僅會(huì)捕食各種昆蟲(chóng)，還會(huì)攻擊鳥(niǎo)類和小型哺乳動(dòng)物，因此對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞。 另外，入侵紅火蟻極具攻擊性，如果它們的巢穴被打擾了，工蟻就會(huì)蜂擁而出，爬到人或動(dòng)物的身體上，用上顎抓住皮膚，用腹部末端的螫針刺破皮膚，注射毒液。 被紅火蟻叮咬的人會(huì)感到皮膚像被火燒一樣疼痛，“火蟻”一名由此而來(lái)。 被叮咬過(guò)的地方會(huì)出現(xiàn)腫脹，雖然這些腫脹會(huì)逐漸消失，但某些患者會(huì)發(fā)生嚴(yán)重感染或過(guò)敏反應(yīng)，個(gè)別甚至?xí)劳觥?據(jù)估計(jì)，美國(guó)每年用于防治入侵紅火蟻和治療入侵紅火蟻叮咬上的開(kāi)銷高達(dá)50億美元。

入侵紅火蟻之所以有如此大的威力，一個(gè)重要原因是它能夠分泌毒性很強(qiáng)的毒液。 雖然我們還沒(méi)有完全弄清楚入侵紅火蟻的毒液的作用機(jī)制，但已經(jīng)基本確認(rèn)毒液的主要成分是各種生物堿。 生物堿是指一大類存在于生物體內(nèi)的含有氮元素的有機(jī)物，氮原子的存在會(huì)讓分子呈現(xiàn)出堿性，生物堿由此而得名。 許多生物堿都有很強(qiáng)的毒性，例如我們非常熟悉的尼古丁、嗎啡，以及讓人聞之色變的劇毒物質(zhì)烏頭堿、馬錢子堿。 除了生物堿，入侵紅火蟻的毒液中還含有許多蛋白質(zhì)，有些蛋白質(zhì)也可能具有毒性，或者幫助生物堿擴(kuò)散進(jìn)入被叮咬者的組織。

由于入侵紅火蟻的強(qiáng)大威力，它們所到之處，當(dāng)?shù)卦械奈浵亷缀蹁N聲匿跡。然而，在入侵紅火蟻在美國(guó)南方的土地上肆虐橫行幾十年后，戲劇性的一幕發(fā)生了。自上世紀(jì)末開(kāi)始，本文的另外一位主角，同樣原產(chǎn)南美的螞蟻——黃瘋蟻也被引入美國(guó)南方。這種個(gè)頭比入侵紅火蟻小一些的黃色螞蟻到來(lái)之后，迅速把不可一世的入侵紅火蟻打得落花流水，甚至連入侵紅火蟻的蟻巢都被黃瘋蟻占領(lǐng)了。這種現(xiàn)象自然引起了科學(xué)家的興趣，黃瘋蟻到底是憑借什么秘密武器擊敗入侵紅火蟻的呢？

美國(guó)得克薩斯大學(xué)的研究人員仔細(xì)觀察了黃瘋蟻的生活習(xí)性，特別是與入侵紅火蟻的競(jìng)爭(zhēng)。他們發(fā)現(xiàn)，黃瘋蟻不像本地的螞蟻那樣躲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，它們會(huì)經(jīng)常主動(dòng)向入侵紅火蟻發(fā)起進(jìn)攻，和它們爭(zhēng)搶食物。面對(duì)挑戰(zhàn)者，入侵紅火蟻?zhàn)匀缓敛豢蜌獾貙⒍疽簢姙⒌近S瘋蟻的身上。然而接下來(lái)，有趣的一幕發(fā)生了：黃瘋蟻把自己腹部彎曲起來(lái)，使得腹部末端的毒腺接觸到上顎，然后用上顎反復(fù)舔舐自己的肢體（圖3）。如何解釋這種看上去奇怪的行為？科學(xué)家們想到了一種可能：黃瘋蟻用自身分泌的毒液去消除入侵紅火蟻毒液的毒性。

為了證實(shí)這個(gè)猜測(cè)，研究人員設(shè)計(jì)了一系列巧妙的實(shí)驗(yàn)。 他們將指甲油涂抹到一部分黃瘋蟻腹部末端的毒腺，這樣黃瘋蟻在遭到入侵紅火蟻毒液攻擊時(shí)就無(wú)法使用自身的分泌物來(lái)清洗身體，而另一部分只是涂抹到黃瘋蟻腹部的兩側(cè)。 接下來(lái)他們讓這兩組黃瘋蟻分別與入侵紅火蟻接觸，觀察它們身上沾染入侵紅火蟻的毒液之后的存活情況。 過(guò)了8小時(shí)之后，腹部末端沒(méi)有被堵住的那組黃瘋蟻有98％都存活下來(lái)了，相反，腹部末端被堵住的那一組黃瘋蟻，只有48％能夠存活。 很顯然，黃瘋蟻腹部腺體分泌的液體能夠有效地降低入侵紅火蟻毒液的毒性。 為了進(jìn)一步證實(shí)他們的結(jié)論，研究人員又選用阿根廷蟻?zhàn)隽藢?shí)驗(yàn)。 阿根廷蟻不像黃瘋蟻那樣能夠分泌“解毒藥”，因此一旦遇到入侵紅火蟻的毒液幾乎必死無(wú)疑。 然而如果把黃瘋蟻分泌的液體涂抹到沾染上入侵紅火蟻毒素的阿根廷蟻身上，阿根廷蟻的存活率就會(huì)大幅上升。 這就進(jìn)一步表明黃瘋蟻分泌的液體是對(duì)付入侵紅火蟻毒液的解毒良藥。

看到這里，各位讀者一定很好奇，黃瘋蟻的解毒藥里面到底隱藏著哪些神奇的化學(xué)物質(zhì)呢？答案再簡(jiǎn)單不過(guò)了，竟然只是一種有機(jī)物——甲酸。事實(shí)上，許多種類的螞蟻都會(huì)分泌甲酸來(lái)進(jìn)行自我防御，而人們最早發(fā)現(xiàn)甲酸就是通過(guò)蒸餾螞蟻得到的，因此甲酸又叫蟻酸。為了證實(shí)甲酸的解毒作用，研究人員又用阿根廷蟻進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，如果使用甲酸的水溶液代替黃瘋蟻分泌的毒液去清洗遭受入侵紅火蟻攻擊的阿根廷蟻的身體，阿根廷蟻的存活率同樣能夠顯著提高，這就無(wú)可辯駁地表明甲酸是黃瘋蟻“解毒藥“中的有效成分。那么甲酸究竟是如何與入侵紅火蟻的毒液作用并降低它的毒性的呢？很遺憾，目前我們還不是很清楚它的作用機(jī)制。科學(xué)家們猜測(cè)，甲酸也許能讓入侵紅火蟻毒液中的某些酶失效，也不排除它能夠與入侵紅火蟻毒液中的主要成分——各種生物堿起作用。

一旦消除了入侵紅火蟻的毒液的毒性，黃瘋蟻就會(huì)以牙還牙，同樣以毒液攻擊對(duì)方。有意思的是，黃瘋蟻的毒液并不像入侵紅火蟻那樣含有特殊的化學(xué)物質(zhì)，它的主要成分——甲酸和一些烷烴，在其他螞蟻中也很常見(jiàn)。不過(guò)甲酸和烷烴的結(jié)合對(duì)付入侵紅火蟻確實(shí)很有效，能夠殺死大量的入侵紅火蟻。研究人員還特別注意到，雖然其他許多螞蟻也能分泌甲酸和烷烴，而黃瘋蟻分泌的量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他螞蟻，因此他們推測(cè)靠數(shù)量取勝很可能是黃瘋蟻在與其他螞蟻競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要原因。這就好比兩個(gè)人都帶著手槍，其中一人只有幾發(fā)子彈，面對(duì)危險(xiǎn)恐怕只能鳴槍示警；而另一個(gè)人身上有幾十發(fā)子彈，因此可以放心地開(kāi)槍還擊。

入侵紅火蟻和黃瘋蟻的原產(chǎn)地都在南美洲，這兩種螞蟻在那里互相競(jìng)爭(zhēng)，黃瘋蟻明顯更占上風(fēng)。黃瘋蟻的這種獨(dú)特的解毒行為可能是在與入侵紅火蟻的長(zhǎng)久競(jìng)爭(zhēng)歷史中進(jìn)化出來(lái)的，因?yàn)檠芯咳藛T發(fā)現(xiàn)，如果將黃瘋蟻和其他種類的螞蟻放在一起，黃瘋蟻在遭受對(duì)方毒液攻擊后并不會(huì)那么積極地用自身的毒液去解毒。我們?yōu)辄S瘋蟻能夠趕走美國(guó)南方的入侵紅火蟻感到驚奇，但實(shí)際上這對(duì)冤家可能已經(jīng)上演過(guò)無(wú)數(shù)次類似的故事了。

對(duì)于美國(guó)南方的居民來(lái)說(shuō)，入侵紅火蟻被黃瘋蟻取代恐怕也并非值得慶幸的事情，因?yàn)辄S瘋蟻也會(huì)像入侵紅火蟻那樣到處筑巢破壞設(shè)施，并且大肆攻擊其他生物。看來(lái)“流氓”雖然被趕走了，取而代之的卻是更厲害的“惡霸”。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，那里的人們可能還要繼續(xù)因?yàn)槿肭治锓N帶來(lái)的生態(tài)問(wèn)題而頭疼。不過(guò)對(duì)于研究人員和普通讀者來(lái)說(shuō)，入侵紅火蟻和黃瘋蟻的故事倒是個(gè)很不錯(cuò)的例子，讓我們能生動(dòng)地了解自然的神奇和進(jìn)化的強(qiáng)大力量。