致力于水蛭进化研究的马克

致力于水蛭进化研究的马克 · 施德尔

发布时间：06年04月28日

编译石磊

在美国自然历史博物馆马克 · 施德尔(Mark Siddall)博士办公室的桌上，放着满满一盆水蛭(蛭纲，水蛭科，俗称蚂蟥，又称“日本医蛭”。在稻田、湖泊中常见，吸食人、畜血液。其唾液中的水蛭素能抑制凝血酶的活性，对血液起抗凝作用，是一种名贵的动物中药材——译者注)。这些水蛭，每只约1英寸长，身上布满橙色圆点花纹，在水中懒洋洋地来回游动。

有一只水蛭引起了施德尔特别的注意。它在水中做波浪式的游动，划出优美的曲线，将身体周围的水轻轻搅动，便于能摄取更多的氧气进入皮肤。“看看，这多漂亮。”施德尔说，“这是一个非常复杂的行为，能以垂直起伏的模式在水中游动的动物，除水蛭外，只有鲸和海豹。”

对施德尔(上图)来说，水蛭让他着迷，令他困扰，也使他为其感到骄傲。办公室的墙上满是水蛭的海报和照片。他有一只巨大的古时水蛭的纸质模型，模型上有一个盖子，翻开它就能看到用金银丝做成的血管和神经。实验室里也放满了盛有水蛭的罐子，这些水蛭都是他从世界上最危险的地方采集来的。施德尔认为冒险采集这些水蛭是非常值得的，因为他现在能够重建水蛭的进化史——亿万年前普通的小虫怎样演化成了复杂的吸血生物，并且扩散到整个地球。

施德尔初次见到水蛭时，不仅不喜欢，反而感到它令人作呕——他小时候在加拿大长大，有一次去树林中的池塘游泳时，水蛭吸附在他的身上。后来在多伦多大学读本科时，水蛭的生物学知识开始激起他的兴趣：他对水蛭是如何在青蛙和鱼之间传播寄生物的很感兴趣。

“在家庭谈话中可得注意，”他说，“你一定不能在感恩节的餐桌上谈论它。”那时没有人知道水蛭携带的寄生物是否可在物种之间传播，或这些寄生物被限制在最初的物种上。要找到这个问题的答案就需要知道水蛭之间是怎样发生关系的，施德尔发现的这一点是个悬而未决的问题。

在20世纪90年代末期，科学家们发展出了探索水蛭进化的新方法，即用测序来重建水蛭的进化树，就像给动物DNA测序的计算机程序一样。

施德尔1999年进入美国自然历史博物馆工作，之前，水蛭的进化问题深深困扰着他。这确是一个难题。为了画出完整的进化树，施德尔不得不千方百计地寻找进化树上所有主要分支的水蛭物种。他开始了一系列的远征，如南非、马达加斯加、法属圭亚那、玻利维亚、智利和阿根廷。

为了采集水蛭，施德尔和他的同事们脱掉鞋子，卷起裤腿，涉水入溪，有时水中还有发电鱼(能放出电流的一类鱼，如电鳐、电鳗、电鲶等)。“你不能给水蛭设陷阱，”施德尔说。“我们始终是诱饵。你可以掀开岩石，揭开树枝，不过最后有趣的‘材料’将会来到你跟前。”“把自己当成水蛭的诱饵是件赢利的事情”，施德尔说。他的研究证实，水蛭的祖先可能是生活在淡水中的小虫，吸附在鱼或甲壳类动物的表面上得以生存(鱼或甲壳类动物跟水蛭的关系最近)。这些原始的小虫，不仅其DNA与水蛭DNA的相似度超过其他任何动物，而且它们以尾巴为基础也发展出同样的吸盘(现代水蛭用尾巴来爬行)。

水蛭的进化树表明，地球上最早的陆生脊椎动物可能是水蛭最初的宿主。施德尔已经确定了早期水蛭在变为吸血生物时发生的几个重要演变。它们进化出了吸管，用吸管刺入宿主来吸血；其后，为了刺破皮肤，一些水蛭演变出了3个颚(水蛭在吸食人、畜血液前，先用3个颚嵴上的细齿在皮肤上锯出“Y”字形伤口后再吸血——译者注)。

水蛭也需要能使其宿主血液保持稀薄的化学物质，以便吸入的血液在体内不会凝结。在漫长的进化过程中，水蛭进化出了多种不同的分子来“扰乱”血液凝结的不同阶段，还有一些分子能阻止发炎(一些制药公司已经分离出这样的分子，作为抗凝血剂销售)。

血液是良好的能量来源，但是仅以它为食会造成营养的不均衡。如蚊子和其他的吸血生物进化出了一套和细菌共生的机制，这些细菌能产生生命必需的维生素和氨基酸。水蛭似乎也进化出了自己的共生关系，甚至在其咽部出现了专门供细菌生活的空间。

研究这些细菌特别的困难，因为科学家们需要找到可供解剖的、具有较大容纳细菌的器官的水蛭。经研究发现，一些最大的水蛭是生活在河马臀部的一个种类。因此施德尔近年来又去了南非，涉入鳄鱼经常出没的河流中寻找它们。

“显然，我们不可能把河马摔倒在地，”施德尔说。他希望能吸引几只已经离开了河马的水蛭，结果失败了。幸运的是，有一次当一只河马侵袭当地居民的住宅时被射杀，在场的一名狩猎监督官从河马的臀部取出了一只水蛭送给了施德尔。

“结果证实，它容纳了一个完全独一无二的细菌世系。”施德尔说。

当原始水蛭进化出以吸血为生的机制后，它们就迁徙到了新的栖息地。施德尔的研究表明，它们最初在淡水中演变，后来移到海洋和干燥的陆地上。陆栖的水蛭逐渐变得特别习惯于跟宿主“打埋伏”，用它们敏锐的感觉来察觉二氧化碳和温度。

水蛭的头上有10个眼点可供它们探查移动中的物体。“它们的视力令人难以置信，”施德尔说。“如果在水蛭的视野范围内移动你的手，它们会循着你的动作而动。”在办公室里，正当施德尔对水蛭的言辞变得富有诗意时，摆在办公桌上的盛有水蛭的盆里爬出了一只水蛭。“噢，这家伙要逃跑，”他说，然后又把它放回盆中。

施德尔解释说，盆里的这些水蛭属于北美水蛭(Macrobdella decora，或北美医蛭)。它们是从干燥的陆地又回到淡水中生活的水蛭世系的一部分，但是它们仍习惯于在陆地上产卵。待卵孵出后，小水蛭再回到水中生活。

近年来施德尔一直在研究北美医蛭，试图弄清楚哪些基因能揭示水蛭不同种群之间的变异。结果发现，一些种群可能实际上代表了全新的物种。2004年，美国食品与药品监督管理局(FDA)批准欧洲医蛭(Hirudo medicinalis)为一种特殊的医疗用品。

在古罗马，内科医生们曾用欧洲医蛭给病人放血以治疗一些疾病，如头痛、肥胖症。这个传统延续了2000年。在19世纪60年代，伦敦的医院一年竟然用了700万只欧洲医蛭！目前尽管内科医生已不再用水蛭给病人放血了，但是欧洲医蛭的使用一直方兴未艾。外科医生们发现，对于手指和耳朵的手术，在水蛭的帮助下病人痊愈得快：通过吮吸血液和“注射”抗凝血剂，水蛭增加了接合血管的血流量的通过。

与斯洛文尼亚的卢布尔雅那大学的彼得 · 托瑞恩特(Peter Trontelj)博士合作，施德尔开始收集欧洲的水蛭，并从提供地订购。当他们分析这些水蛭的DNA时，一些疑问产生了。“这种欧洲医蛭根本就不是一个种，”施德尔说，“它至少是3个种。”目前，施德尔和托瑞恩特正在设法测定这3个种的医蛭之间的差异，并期望他的发现将导致FDA制定的规则做些改变。