2016年12月21日 星期三

廁所考古發現古代疾病傳播的佐證

日本奈良時代的廁簡。圖片來源:Wiki
探險者、征服者或旅行者不止是會得到旅行者腹瀉而已,他們還會把家鄉的疾病帶到目的地,讓當地的人生病,這已經不是新聞了;最有名的例子是哥倫布(Christopher Columbus)與他的追隨者們,在十五、十六世紀把天花、傷寒、流感、痢疾等疾病帶到美洲,讓美洲的人口減少了十分之九,更讓印加(Inca)與阿茲特克(Aztec)兩大帝國因此滅亡;而十字軍東征也讓歐洲人把寄生蟲帶到近東去。

至於中國的絲路(the Silk Road),一直被認為是散播鼠疫、炭疽病與痲瘋病的途徑,但並沒有找到任何直接的證據足以證明任何疾病曾透過絲路傳播。

直接的證據不好找,那麼間接的證據有沒有呢?如果可以找到間接的證據,例如旅行者留下的排遺物(殘跡)中含有病菌或寄生蟲(卵),雖然不滿意,但也勉強可以接受了。

要去哪裡找旅行者的排遺物(殘跡)呢?懸泉置遺址(Xuanquanzhi)就是這樣一個地方。它位於甘肅敦煌以西64公里,從公元前111年(漢武帝元鼎六年)開始使用,一直到魏晉時期(公元109年)才廢止改為烽火台;極盛時期的懸泉置設有三十七名公務人員,最多一次可以接待五百多人,是絲路上一個重要的大型驛站。

在公元109年廢止後,懸泉置就被棄置,直到1990年5月遺址開挖,找到了大約七萬件文物,包括了三萬五千枚漢簡、四百多片紙張以及其他器物;其中還包括了許多「廁簡」--古代人上完廁所用來擦(摳?)屁屁的竹片/木片。這些廁簡中,有七片上面還有排遺物殘跡。

於是研究團隊將這七片廁簡以蒸餾水或0.5%的磷酸鈉溶解後,再將溶出物以孔徑為300 μm或160 μm的濾網過濾。由於大部分腸道寄生蟲的卵大小介於10 μm到 150 μm之間,所以這兩種濾網應該可以把土壤顆粒去掉而不影響到結果的分析。接著,研究團隊將過濾液離心後,在顯微鏡下觀察是否有蟲卵的存在,並依照型態來判別蟲卵的種類(這讓筆者想到以前大學時代的寄生蟲實驗考試...)。

結果研究團隊找到了鞭蟲(Trichuris trichiura)、亞洲絛蟲(Taenia asiatica)、豬肉絛蟲(T. solium)、牛肉絛蟲(T. saginata)、蛔蟲(Ascaris lumbricoides)與中華肝吸蟲(Clonorchis sinensis)。找到中華肝吸蟲是非常重要的發現,因為中華肝吸蟲只在南中國(尤其是廣東地區)流行,不可能是甘肅的地方傳染病。為什麼呢?這就要從中華肝吸蟲的生活史說起:

中華肝吸蟲的生活史。圖片來源:Wiki
原來,當受到中華肝吸蟲感染的人排出蟲卵後,牠要先被蝸牛吃下去,蟲卵在蝸牛體(第一中間宿主)內孵化,經過四個發育階段形成尾動幼蟲(cercaria)後離開螺體,在找到鯉魚、鯽魚、吳郭魚等淡水魚類(第二中間宿主)後,在魚鱗、皮膚、肌肉組織發育成囊狀幼蟲(metacercaria)。接著哺乳動物透過生吃或吃了未完全煮熟食的這些魚以後,便成了牠的最終宿主。當囊狀幼蟲到達最終宿主體內以後,會脫去外囊,並逐漸發育成蟲。因此,在甘肅這樣乾燥的地方,中華肝吸蟲因為缺乏中間宿主,是不可能成為當地的流行病的。

在懸泉置找到中華肝吸蟲蟲卵出現在廁簡中,代表著有人從南中國來,或者有來自南中國的人要從塞外回中國去。不管是哪一種,都意味著在他停留在絲路以西地區時,如果當地的風土氣候類似於南中國(潮濕並有沼澤),他就有機會將中華肝吸蟲留在當地,感染其他的人。

雖然我們在歷史上找不到絲路以西曾有中華肝吸蟲流行的紀錄,不過既然中華肝吸蟲可以被帶到這裡,細菌、病毒等病原體當然更有機會可以被帶出去;尤其是炭疽病,因為炭疽桿菌會形成孢子,要藉由絲路帶出去應該是非常容易的!雖然目前還沒有找到更多的證據,但這個漢代到魏晉間的廁簡的證據,應該也可以作為佐證,讓我們了解:藉由探險者、征服者或旅行者進行疾病的傳播,中外皆然!

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Hui-Yuan Yeh et. al. Early evidence for travel with infectious diseases along the Silk Road: Intestinal parasites from 2000 year-old personal hygiene sticks in a latrine at Xuanquanzhi Relay Station in China. 2016. Journal of Archaeological Science: Reports. doi:10.1016/j.jasrep.2016.05.010

維基百科。懸泉置遺址

Wikipedia.Clonorchis sinensis.

2016年12月18日 星期日

尿嘧啶(uracil)與尿酸

尿嘧啶。圖片來源:Wikipedia.

尿嘧啶的英文名稱「Uracil」是怎麼來的呢?看到「uracil」前面幾個字,也的確會想到「尿」,難到尿嘧啶與鳥糞嘌呤一樣,是從某種動物的排泄物來的?

尿嘧啶的確與動物排泄物有一點關係,不過跟鳥糞嘌呤的緣由又不太一樣。在1885年,德國化學家羅伯特·比蘭德(Robert Behrend)在合成尿酸(uric acid)衍生物時作出來的;所以他把這個物質取名為尿嘧啶。

尿嘧啶是嘧啶(primidine),為含氮鹼基(nitrogenous base)的一種;它與核糖組成尿嘧啶核苷(uridine,簡寫為U),為核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)的重要成分。在核糖核酸裡,尿嘧啶核苷取代了胸腺嘧啶核苷(thymidine,簡寫為T)的地位,與腺嘌呤核苷(adenosine,簡寫為A)形成氫鍵。

腺嘌呤核苷(A)與尿嘧啶核苷(T)的氫鍵。
圖片來源:Wikipedia
除此之外,尿嘧啶核苷三磷酸(uridine triphosphate,簡寫為UTP)也是很重要的分子。在動植物中,UTP與葡萄糖 1-磷酸(glucose 1-phosphate,簡寫為G 1-P)反應形成尿嘧啶核苷二磷酸-葡萄糖(UDP-Glc),為動物合成肝醣(glycogen)、植物合成蔗糖(sucrose)的前驅物。

自然界要找到尿嘧啶並不難,牛的胸腺、脾臟、鯡魚精子、小麥胚芽都是很好的來源。

參考資料:

Wikipedia. Uracil.

Nelson and Cox. Lehninger's Principle of Biochemistry, 6th ed.

2016年12月4日 星期日

腺嘌呤(adenine)與腺體(gland)

腺嘌呤。圖片來源:Wikipedia
腺嘌呤的英文adenine的確也跟腺體有關。腺體的字首是aden(o)-,而字尾-ine表明了它是一個化學物質。只是,為什麼一個嘌呤(purine)會跟腺體產生連結呢?

原來,腺嘌呤是在1885年由德國生物化學與遺傳學家阿爾布雷希特·科塞爾(Albrecht Kossel,1853-1927)從胰腺(pancreas)裡面分離出來的。因為胰腺是腺體(當然!),所以科塞爾就把它命名為腺嘌呤了。

阿爾布雷希特·科塞爾。圖片來源:Wikipedia

後來德國化學家埃米爾·菲舍爾(Emil Fischer,1852–1919)也對腺嘌呤作了不少研究。腺嘌呤曾一度被認為是維生素的一種,並被命名為維生素B4,不過現在已經沒有人認為它是維生素B家族的一份子了。

雖然不再是維生素B家族之一,不過腺嘌呤與維生素B家族的成員還是有斬不斷的關係!維生素B2(riboflavin,核黃素)與它會共同形成重要的輔酶FAD(flavin adenine dinucleotide,黃素腺嘌呤雙核苷酸),而它與維生素B3(niacin,菸鹼酸)會共同形成重要的輔酶NAD+( nicotinamide adenine dinucleotide,菸鹼醯胺腺嘌呤雙核苷酸)。

腺嘌呤與核糖(ribose)形成的腺嘌呤核苷(adenosine)是遺傳物質去氧核糖核酸(DNA,deoxyribonucleic acid)的重要成分之一。在DNA裡,腺嘌呤核苷(簡寫為A)的部分與胸腺嘧啶核苷(thymidine,簡寫為T)的胸腺嘧啶(thymine)形成兩個氫鍵,而鳥糞嘌呤核苷(guanosine,簡寫為G)的鳥糞嘌呤(guanine)與胞嘧啶核苷(cytidine,簡寫為C)的胞嘧啶(cytosine)形成三個氫鍵,造就了去氧核糖核酸的雙螺旋結構。腺嘌呤、鳥糞嘌呤、胸腺嘧啶與胞嘧啶合稱為含氮鹼基(nitrogenous base)。

腺嘌呤核苷(A)與胸腺嘧啶核苷(T)的鹼基部分形成的氫鍵。
圖片來源:Wikipedia

除此之外,還有尿嘧啶(uracil)可與腺嘌呤形成兩個氫鍵。在核糖核酸(RNA,ribonucleic acid)裡面,尿嘧啶核苷(uridine)取代了胸腺嘧啶核苷的位置。

腺嘌呤核苷(A)與尿嘧啶核苷(U)的鹼基部分形成的氫鍵。
圖片來源:Wikipedia

最後一定不能忘記的是腺嘌呤三磷酸核苷(adenosine triphosphate)。它就是細胞最直接的能量來源:ATP。我們攝取的養分都要經過代謝分解氧化產生ATP儲存起來,等細胞有需要時才能使用。

ATP。圖片來源:Wikipedia


參考資料:

Wikipedia. Adenine.

Vera Reader. The assay of vitamin B4. Biochem J. 1930; 24(6): 1827–1831. PMCID: PMC1254803