出品:科普中国

作者:苏澄宇(科普创作者)

监制:中国科普博览

编者按:为解码生命科学最新奥秘,科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章,从独特的视角,解读生命现象,揭示生物奥秘。让我们深入生命世界,探索无限可能。

黄昏时分,潜伏在伦纳德河的鳄鱼冒出了头,对着挂在金属吊杆上的蟾蜍尸体垂涎欲滴。殊不知,这是科学家故意设下的诱饵。而且这还是一只加了料的蟾蜍,咸口的。这不是一般的咸味“调料”,是可以让鳄鱼恶心的“调料”。

“诱饵”

(图片来源:参考文献1)

为什么科学家要这么做?有什么意义呢?

这一切都得从八十多年前说起。1935年,102只蔗蟾蜍从夏威夷被引入昆士兰州的甘蔗种植区,并被释放到甘蔗田中。引入蟾蜍的初衷是利用它们捕食甘蔗甲虫的幼虫和成虫。

蟾蜍

(图片来源:Wikipedia)

蔗蟾蜍在新的环境中迅速繁殖并扩散。它们适应了澳大利亚的气候和环境,开始迅速占领新的栖息地。由于没有天敌和竞争者,这些蟾蜍的数量迅速增加。而原本想要控制的害虫,却一点不受影响。因为甘蔗蟾蜍主要在地面活动,而这些害虫则生活在地下。

然而,蔗蟾蜍对澳大利亚本土的无脊椎动物、两栖动物、爬行动物和小型哺乳动物造成了巨大威胁。它们竞争食物资源,并捕食许多本土物种。最严重的问题是,甘蔗蟾蜍的皮肤和腺体含有毒素,对许多澳大利亚本土捕食者是致命的。

20世纪90年代,蔗蟾蜍的扩散范围逐渐向北延伸,接近北领地和西澳大利亚的边界。2000年初,蔗蟾蜍开始大量入侵北澳大利亚的河流系统,鳄鱼栖息地首次出现因摄食蔗蟾蜍而中毒死亡的事件。此时,淡水鳄鱼种群的死亡率开始上升。河面上经常会漂浮着翻着肚皮的鳄鱼尸体。

鳄鱼尸体

(图片来源:ABC)

(图片来源:参考文献2)

在剖开鳄鱼的尸体后,科学家发现它们的胃里还残余着最后的晚餐:蟾蜍肉。蟾蜍毒素的作用是通过影响动物的心脏和神经系统,导致心搏骤停或神经失调。

为什么有毒还要吃?因为这种毒素并不像辣椒素等刺激性物质,会在入口时立即引发强烈的不适或疼痛感,所以一般鳄鱼不会有什么忌口。

而且鳄鱼通常会快速地攻击并吞食猎物,很少会在入口时细细咀嚼或判断猎物的口感和味道。甘蔗蟾蜍这种缓慢、看似无害的猎物,容易被鳄鱼误认为是普通的青蛙或其他无毒的两栖动物,因此鳄鱼会迅速吞食它。

(图片来源:Mike Letnic)

味觉厌恶训练

为了减少鳄鱼的死亡,避免吃到有毒的蟾蜍。科学家想到了一个办法:给蟾蜍加料,让它变难吃。这种实验在专业上被称为条件味觉厌恶训练(CTA),是一种基于经典条件反射的学习方法,用于让动物在摄食某种食物后,通过体验不愉快的身体反应(如恶心、呕吐),从而形成对该食物的厌恶,进而避免将来再次摄食这种食物。

从2021年开始,科学家开始在澳大利亚西北部的金伯利地区进行一项为期3年的研究,那里有北澳大利亚最大的淡水捕食者:澳洲淡水鳄(Crocodylus johnstoni)。

研究团队在澳大利亚西北部的四个峡谷系统中部署了2395个诱饵点,在每个诱饵点,设置了两个金属桩,并在桩之间悬挂诱饵。诱饵有两种,一种是实验组,即处理过的蟾蜍尸体,这些蟾蜍被去除了毒素,并注入了5毫升,浓度为0.5摩尔的氯化锂(LiCl)。而另一个金属柱上挂着的是鸡脖子。

咬饵的鳄鱼

(图片来源:参考文献1)

鸡脖子被用作非处理诱饵,帮助研究人员确定鳄鱼的厌恶反应是否特异于蔗蟾蜍。如果鳄鱼对鸡脖子没有表现出厌恶反应,而仅对蔗蟾蜍表现出厌恶反应,这说明CTA训练是成功的,并且鳄鱼的厌恶反应是针对蔗蟾蜍这种特定食物,而不是对所有食物的普遍反应。

之所以选择氯化锂作为“调味料”,是因为它不仅咸,而是它可以产生恶心反应。氯化锂在被动物摄入后,会导致胃肠不适,进而引发恶心和呕吐反应。尽管具体的机制可能因物种而异,但通常与它在体内的代谢以及对中枢神经系统的影响有关。

在历史上,氯化锂曾在历史上短暂地被用作食盐(氯化钠,NaCl)的替代品。在第二次世界大战后,由于对高钠饮食与高血压之间的关联逐渐被认识到,科学家开始寻找低钠替代品来帮助控制盐摄入量。氯化锂当时被认为是一种可能的替代品,因为它在化学结构和味觉上与氯化钠相似,具有咸味。

氯化锂结晶

(图片来源:Wikipedia)

在20世纪40年代后期,氯化锂被用于某些低钠盐产品中,主要是针对高血压患者和需要低钠饮食的人群。然而,氯化锂的使用很快显示出严重的副作用,也就是可能会出现恶心、呕吐、腹泻等胃肠道不适症状。

由于氯化锂的毒性反应,相关产品很快就被下架,氯化锂作为盐替代品的使用在20世纪50年代初被停止。尽管氯化锂不再用于食品,但其仍在医学领域和动物实验领域发挥作用,如研究里的CTA训练。经过CTA训练后,尤其是在短期内,效果特别明显。第一天的摄食率为92%,到第五天降至51%。

在整个实验期内,鳄鱼的数量保持稳定,没有出现大规模死亡的情况。比如在一个国家公园内,蔗蟾蜍入侵后的最初两年(2019年和2020年),该地区的鳄鱼死亡率分别为33%和30%。而在实施CTA训练后(2021年),死亡率急剧下降到1.5%,2022年则上升到11%。

在未经过CTA处理的对照区域,鳄鱼的死亡率显著增加。2020年、2021年和2022年,这些区域的鳄鱼死亡率分别为20%、40%和36%。简单来说,给蔗蟾蜍上料这个方法是有用的,没有鳄喜欢吃会反胃的食物。

鳄鱼

(图片来源:rainforest)

不过,CTA训练可能不是一个长久的策略。尽管CTA在短期内可以有效地让动物避免特定食物,但这种厌恶反应在长期内是否能够持续存在仍然是一个问题。有研究表明,在某些情况下,随着时间的推移,动物可能会逐渐恢复对厌恶食物的摄食行为,特别是在缺乏其他食物来源时。

比如,同样在澳大利亚,研究人员使用CTA训练北方貂鼠避免摄食有毒的蔗蟾蜍。虽然初步训练取得了成功,貂鼠能够避免摄食蔗蟾蜍,但随着时间的推移,有些貂鼠的厌恶反应减弱,尤其是在蔗蟾蜍广泛分布的地区。当食物匮乏时,貂鼠可能会冒险重新尝试摄食蔗蟾蜍,导致训练效果减弱。

所以,想要在骨子(基因)里刻上讨厌蟾蜍的记忆,真的是一件很难的事,可能不是两三年的实验就能解决得了的。

参考文献:

[1]Ward-Fear G, Bruny M, Rangers B, et al. Taste aversion training can educate free-ranging crocodiles against toxic invaders[J]. Proceedings of the Royal Society B, 2024, 291(2028): 20232507.

[2]Snijders L, Thierij N M, Appleby R, et al. Conditioned taste aversion as a tool for mitigating human-wildlife conflicts[J]. Frontiers in Conservation Science, 2021, 2: 744704.

[3]HANLON L W, ROMAINE M, GILROY F J, et al. Lithium chloride as a substitute for sodium chloride in the diet: Observations on its toxicity[J]. Journal of the American Medical Association, 1949, 139(11): 688-692.

来源: 中国科普博览

内容资源由项目单位提供