海狮大规模离奇死亡，科学家花了十多年才发现，凶手是这种“幽灵毒素” | 王体壮
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2024-12-23 19:35
北京
大家好，我是王体壮。我们一提到海狮，就会想到它们“萌萌哒”的表情和姿态，大家也都非常喜欢，对它很有好感。海狮不光在海洋中游刃有余，还可以和人类发生非常良好的互动，也是小朋友们非常要好的朋友。故事发生在1998年5月，在美国加州的蒙特尔海湾，海狮们失去了往年快活的状态，一个个趴在沙滩上，浑身打颤，不住地痉挛。痉挛的海狮们大规模死亡，该事件引起了民众的极大恐慌。科学家们也很疑惑，海狮为什么会痉挛，为什么会死亡呢？不过和普通民众不一样的是，科学家们已经暗暗下定了决心，一定要找到杀害海狮的罪魁祸首。于是，一场旷日持久的调查就开始了。如果你是侦探或探员，应该从哪里入手呢？肯定是犯罪现场了，让尸体“说话”，科学家们也是这么干的。海洋动物学家们对死亡的海狮进行解剖，做了很多实验，分析了它的运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统等，但是并没有发现任何异常。那怎么办呢？这样调查就陷入了僵局，找不着原因了。于是，他们就开了无数个碰头的会议，最后又梳理了一下调查的线索。后来发现，他们只对比了没有痉挛的海狮和痉挛之后死亡的海狮，以及痉挛之后没有死亡的海狮和痉挛之后死亡的海狮，没有对比没有痉挛的海狮和痉挛之后没有死亡的海狮。于是他们又把这两类进行了反复的对比实验，最后把它们放到了核磁扫描仪下，进行高清的三维研究。结果发现，痉挛之后没有死亡的海狮和没有痉挛的海狮相比海马体偏小，也就是痉挛之后海狮的海马体萎缩受损。海马体是哺乳动物脑中形如海马的一个器官，它负责的是空间记忆和定位功能。这件事情又搞不下去了，因为海洋动物学家没有这方面的知识。▲左上：软骨藻酸
左下、右图：拟菱形藻
这件事情被海洋毒素学家知道了之后，他们表示或许可以提供一个线索。海洋中有一种幽灵毒素，叫软骨藻酸，它时常存在于肉眼看不见的、像拟菱形藻这种藻类中。为什么叫它幽灵毒素呢？因为我们到现在也没有发现它啥时候有，啥时候没有。它有时候有，有时候没有。但是这种毒素一旦被人体摄入，就会穿过血脑屏障，而且在体内代谢的速度非常慢。也就是说，它容易在体内大量滞留，一旦摄入量过多，必然会造成痉挛、癫痫，迷失方向，甚至是死亡。这个症状好像和海狮的症状差不多。于是科学家们就想，我们得研究一下。但是问题又来了，肉眼看不到的微形藻类和一米多长、两米多大的海狮之间有什么关系呢？中间必然有“中间商”。于是他们就想，那到底是什么？中国人经常讲，很多病都是病从口入，于是科学家们就重点分析了海狮的饮食。但是在北美太平洋沿岸，鱼的种类实在是太多了，几千几万种，到底是哪种鱼类呢？▲ 时间：春季；地点：Monterey海湾
我就曾经去过这个地方做访学，发现在这个地方钓鱼实在太简单了，三个小时可以钓30斤鱼，五个小时绝对可以钓50斤鱼。当有鱼群来的时候，鱼的数量非常多，到底是哪一种呢？海狮一年当中吃的鱼的种类很多，那得定位一下，缩小范围。侦探学上经常要求，它们一定要在同一个时间和同一个空间中出现。一年四季有那么多鱼，我们更应该关注的是什么呢？就是海狮死之前，比如在冬季和春季哪种鱼比较多。于是科学家们就继续分析，又找到海洋鱼类学家。鱼类学家说，有一种鱼叫鳀鱼，它们常年大规模分布于北美的太平洋沿岸，尤其是冬天和春天，它们会在这里繁殖和生活。▲左：海狮消化道内的鳀鱼残留
右：鳀鱼滤食性
到现在，我们已经建立了一个假设，还需要找到证据。第一个证据是什么呢？科学家们发现，海狮确实在春季以大量的鳀鱼为食，他们不仅在死亡海狮体内发现了鳀鱼的鱼骨，在普通的正常海狮体内也发现了大量鳀鱼的残留。他们发现，鳀鱼就是一种滤食性的鱼类，它从海洋中吸入海水，然后把海水里微型的生物全部用来给自己提供能量。也就是说，如果这种藻类存在，必然会被鳀鱼吸收。如果藻类当中含有毒素，那必然会被鳀鱼吸收。▲左：注射毒素后异常
右：喂食毒素后无异常
于是他们就采用了一种方法，给鳀鱼注射了一针这种毒素，注射之后，鳀鱼的行为就发生异常了，也出现大规模死亡了。但是其他科学家就说，这种实验方法不对，不能确定鳀鱼是被针戳死的，还是有什么其他原因呢？因为鳀鱼不会给自己打针，所以这种方法不靠谱。于是科学家们就改变了一种方法，改成喂食，但是喂食时，他们发现，无论剂量有多大，鳀鱼就是不中毒。这个结果又让科学家们“掉头发”，但是不能放弃、于是他们又对鳀鱼进行了解剖，结果发现这种软骨藻酸毒素是富集于鳀鱼的肝脏和胰脏中的。这也就是说，鳀鱼进化了，它能够对毒素产生生物浓缩，而自己不受影响，但是它自己是携带毒素的。到了这里，貌似我们找到了这样得一个因果关系，如果环境中，也就是说拟菱形藻中含有软骨藻酸这种毒素，必然会被鳀鱼吸收。这种吸收效应，我们叫它生物浓缩，浓缩后的倍数可能是环境中毒素倍数的万倍、十万倍这样的数量级。如果鳀鱼浓缩完这种毒素，就会在体内携带毒素，这种毒素必然会被海狮吃掉。这个效应叫生物放大，即鳀鱼体内含有的毒素如果是1，它在海狮体内会接着被放大，为啥呀？因为海狮天天吃鱼，吃完之后毒素就滞留在体内了，而且这个东西代谢速度特别慢，所以就会造成海狮死亡。最有意思的是发表文章的时间。文章发表在2015年12月，而这个事件发生在1998年5月，跟研究结果之间相差超过了17年的时间。这么长的时间里终于调查验证出来了这样一个结果，而且有很多个研究团体参与，是通过合作才得到了这样一个结果。通过上述调查我们就知道，如果环境中含有毒素，海狮必然死亡。那么环境中到底含不含毒素呢？毒素学家也说了，我们也不知道它啥时候有，啥时候没有。那到底什么时候有？和什么因素有关系呢？必然存在一个因素，科学家们肯定不相信是龙王、海神波塞冬造成的，这肯定是环境中的某个因素造成的。于是他们就分析了自然界中发现的和人工合成的大概几千万种物质，这些工作是实验化学家来做的。实验化学家们做完之后，发现和第七号元素，即氮元素有关系，也就是总氮含量，无论这种氮元素是以硝酸盐形式，以铵盐形式还是以尿素的形式存在于海水中。当海水光照条件特别好，海洋中氮含量略微增加时，软骨藻酸的含量就会骤然增加。该结论一经得出，他们也发布了一个告示告诉大家。这个结论一经得出，我们就知道，肯定是氮这种元素造成的，那这种元素是从哪里来的呢？后面又得研究了。当然，自然界中是可以产生的，比如很多动物代谢都会产生尿素。但如果是自然界中产生的尿素造成，那么软骨藻酸这种毒素在藻类当中肯定有周期性的变化，科学家们肯定能找到一个规律，但是却没有找到。也就是说一定是另外一个因素，即突发因素，或者是人类的某些活动造成的。这件事情科学家们又没办法了，无论是做化学研究的、做神经研究的还是海洋动物学家，这都超过了他们的知识覆盖范围。这件事情被气象学家听到了，他们表示可能和这件事有关系，什么事呢？1997年10月，北半球发生了非常严重的厄尔尼诺现象。厄尔尼诺现象就是海水的温度会增高，增高之后，就会使得陆地上降水增加。我们知道，中国在1998年发生了大洪水，当时美国也发生了大洪水。中间那块就是加州的粮仓了，宽度大概是100公里，长度是600公里。它的右上面是落基山脉，它的下边是大苏尔，这块也是山脉，就把整个中间封起来了。中间是种粮食的地方，大水就直接从落基山脉倾泄而下，冲刷过加州广袤的农业区。农业区是不是要种粮食啊？种粮食是不是要用氮肥？这些氮肥就溶解到了雨水中，变成了含氮废水，从蒙特尔海湾注入了大海，致使这里的氮含量骤然增加，这是气象学家的推论。地质学家们又表示，还有另外一个事，就是北美太平洋沿岸有一个大洋流，是从北极往赤道这面迁移。正好它走到蒙特尔海湾时，海湾这里有一个1500米深的大海沟，使得底部的海水和上面的海水产生交换，把海洋底部的矿物质带到了海水表面。所以这里看到的海洋经常都是绿色的，也就是藻类的异常繁茂。通过这件事，我们建立起了一个联系，就是洋流和地理因素使得这里的藻类非常繁茂。另外一个因素，就是厄尔尼诺现象，使得加州发生了大洪水，大洪水携带着氮肥变成了含氮废水，直接冲入蒙特尔海湾，使得藻类带有了毒素。于是，鳀鱼带上了毒素，进行了生物浓缩。于是，海狮死亡了。这个结论一经得出，美国就发出了全球悬赏令，所以他们很快就把含氮废水处理了，还海狮一片干净清洁的生存环境。虽然故事讲到这里已经结束了，但我们的思考才刚刚开始。科学是一个漫长的求真过程，它需要我们大胆地假设，更需要我们小心地求证。而且在探索时，时常会到达自己的知识构架之外，达到感知之外的边界，所以就需要我们通力合作，这样我们在帮助别人时也能提升自己。所以科学需要我们保持求真的思想，要合理地质疑，同时要不断完善和修正科学研究的方法，这样才能使得我们获得的知识更靠谱。除此之外，我们还要始终保持一种求真的精神，因为任何知识都需要不断地核实和订正。最后，科学求真的过程非常漫长，比如科学家们发现软骨藻酸，把软骨藻酸拿出来，包括得知软骨藻酸能够通过氮元素造成它的含量增加，都需要非常长的时间。所以过程漫长而曲折，要有足够的定力才能获得真知。到这里引起我们很多反省，其中有一个我觉得非常必要，就是不管是人类还是动物，都需要绿水、青山、白云和蓝天，即我们经常说的绿水青山就是金山银山。人类在创造物质财富，改善生活的同时，也要保护好生态环境。目前人类的技术已经非常发达了，比如中国的嫦娥五号已经取月壤回来了，中国的深潜器已经到达了马里亚纳海沟。它们也实现了主席的一首诗：可上九天揽月，可下五洋捉鳖，而且可以谈笑凯歌还。但是我想说的是，无论我们走到哪里，都要把微笑留下，同时把垃圾带走。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。关注使用“科学与中国”小程序，可观看以院士科普视频为代表的优秀科普视频，第一时间获取中国科学院公众科学日、科学节、格致论道演讲活动等科普活动报名信息。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
