仿生蝙蝠(二):食蟲蝠與新型抗血栓藥

 
2017/07/26 歐陽盛芝 | 國立臺灣博物館
歐陽盛菊 | 國立清華大學工業工程與工程管理研究所
賴婉婷 | 國立臺灣博物館研究組     113
 

食蟲蝠種類佔蝙蝠70%,是翼手目(Chiroptera)小蝙蝠亞目(Microchiroptera)蝙蝠的通稱,眼睛較小、視覺退化、聽覺發達,以口鼻發出超音波探索獵物,用回聲定位方式區辨環境中物體和定位導航,一些種類的臉部甚至演化出鼻葉、褶皺增多、和複雜大耳朵等增加聲納接收的結構,大多在空中飛行覓食,一旦接近目標就捕食,食量大到平均一個晚上吃掉相當自己體重60%重量的昆蟲,有些直接張口吃掉,有的則以翅膀包圍攔截入口,亦有用尾部皮膜像勺子般舀到口內,敏捷且變化多端。

 

國外許多社區已陸續安裝蝙蝠箱,促使當地蝙蝠族群生長及繁殖,因為科學家曾調查棲息在美國新墨西哥州的一個蝙蝠群聚的食量,發現一個晚上就吃下總重量相當於25隻大象體重的蚊子,食蟲蝠因此成為控制病蟲害的天然利器,消滅會媒介如登革熱、茲卡病毒等人類傳染病的埃及斑蚊(Aedes aegypti)和白線斑紋(Aedes albopictus)等,有效降低病媒蚊族群和感染疾病機率,減少化學藥劑的使用。

 

食蟲蝠食性多元,食肉者會捕食嚙齒類、小型鳥類、蛙和蜥蜴等,僅有印度假吸血蝠(Megaderma lyra)和馬來假吸血蝠(Megaderma spasma)兩種;食魚者具長腿大足、且足趾前端有鉤形爪等特徵,捕食時多貼近水面,以超音波探測小魚動靜和激起的浪花,伺機用足爪抓住獵物,有墨西哥兔唇蝠(Noctillo leporinus)、南兔唇蝠(Noctilio albiventris)、索諾拉鼠耳蝠(Myotis vivesi)和大足鼠耳蝠(Myotis ricketti)四種。

 

吸血蝙蝠只有三種,約佔翼手目物種的0.23%,分布於中南美洲的熱帶和亞熱帶地區,具有獨特而複雜的社會行為,不僅飼養照顧自己的子代,也共同撫育幼蝠,當母蝠出外獵食,幼蝠可到其他母蝠處吃奶;當在外未從獵物吸血的空腹蝙蝠回巢時,其他蝙蝠會反芻食物分食共享,維持族群持續繁衍。尋找獵物時用回聲定位外,鼻子具紅外熱敏感器,能檢測16公分距離的微小熱量,及溫度低至攝氏28度的TRPV1蛋白質,有效偵測存在的獵物。

 

吸血蝠(Desmodus rotundus)大多吸食馬、牛、山羊、豬等家畜和哺乳動物的血,亦吸食雞、鴨等家禽血液,甚至偶爾吸食人血,會在夜間用鋒利的牙齒切開正在睡覺的獵物皮膚,然後用舌頭舐食血液;白翼吸血蝠(Diaemus youngi)偏好鳥血,也會吸食哺乳動物的血;毛腿吸血蝠(Diphylla ecaudata)只吸食鳥類血液。特殊的胃能迅速吸收血漿,透過循環系統帶到腎,最後通過膀胱被排出,因此開始進食的兩分鐘內就能排尿,可避免吸血後快速增加體重而造成起飛和飛行困難,迅速再次進食;牠們還能在地面前行、斜行、倒退、和跳躍等,不同於大多數種類蝙蝠幾乎無法在地面行走,科學家發現吸血蝠在低速轉動的跑步機上,前進速度最快可達每秒0.56公尺,當加快跑步機速度時,能借助合攏翅膀上的前肢,使身體快速向前大步跑動,達到每秒前進1公尺以上的奔跑速度,可說是蝙蝠世界中佼佼者。

 

吸血蝠的唾液含有一種抗凝血劑纖維蛋白溶解酶原(desmoteplase,簡稱DSPA),可使獵物血液持續流出、不會凝固,但蝙蝠彼此打架咬傷時則不會影響凝血功能。科學家證實吸血蝠叮咬哺乳動物的傷口即使不深,仍會血流不止,故更進一步測試吸血蝠唾液對血栓的溶解效果。血栓是血流在血管內面剝落處或修補處表面形成的小塊,由不溶性纖維蛋白、沉積的血小板、積聚的白血球、和陷入的紅血球組成,在腦部發生時會阻礙腦部的血液供應,造成急性缺血性中風的致命危險。試驗結果發現人血、兔血都在幾分鐘內溶解,因此認為吸血蝠的唾液能溶解血栓、讓血管恢復暢通;因而致力於仿生吸血蝠唾液,開發出新型抗血栓藥去氨普酶(Desmoteplase,又名纖維蛋白溶解酶原激活劑),近年來經動物實驗已確知溶解血栓效果優於現有藥物,已進入臨床人體試驗階段。

 

中國浙江大學張建明(Jianmin Zhang)教授領導跨系研究團隊,執行仿生新型抗血栓藥去氨普酶對急性缺血性中風病患的人體試驗研究成果,已於 2016年9月發表在《科學報告》(Scientific Reports)期刊。與其他類似試驗結果比對分析,得知用藥的顱內出血病患在72小時內主要出血率和第90天死亡率均獲得良好結果,中風後3-6小時內用藥與6-9小時內用藥,雖然前者再發生栓塞率較低,統計上卻無明顯差異,因此中風的治療時機可從3小時延長到9小時內;若施用高劑量藥物可改善血栓、但會增加死亡風險,因此維持每公斤體重使用90微克(μg=10-6g)劑量,具治療安全性,不會造成腦部傷害,可溶解血栓、改善功能。(以上新聞編譯自2016年9月27日發行之Scientific Reports期刊等)

 

(本文由科技部補助「向大自然借鏡:生物行為的科學解密」執行團隊撰稿)

 

責任編輯:歐陽盛芝/國立臺灣博物館

審校:歐陽盛芝/國立臺灣博物館

 
 
  • 來源:
     
    • Riskin, D. K. and J. W. Hermanson. 2005. Biomechanics: independent evolution of running in vampire bats. Nature, 434(7031): 292.
    • Shi, L., F. Liang, Y. Li, A. Shao, K. Zhou, J. Yu, and J. Zhang. 2016. Desmoteplase for acute ischemic stroke within 3 to 9 hours after symptom onset: evidence from randomized controlled trials. Scientific Reports, 6: 33989-1-8.
     
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  • 延伸閱讀:
     
    • Carter, G. and G. Wilkinson. 2013. Does food sharing in vampire bats demonstrate reciprocity?. Communicative and Integrative Biology, 6 (6): e25783-1-6.
    • Gracheva, E. O., J. F. Cordero-Morales, J. A. González-Carcacía, N. T. Ingolia, C. Manno, C. I. Aranguren, J. S. Weissman, and D. Julius. 2011. Ganglion-specific splicing of TRPV1 underlies infrared sensation in vampire bats. Nature, 476(7358): 88-91.
    • Greenhall, A. M., G. Joermann, and U. Schmidt. 1983. Desmodus rotundus. Mammalian Species, 202: 1-6.
     
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