黏液的重要性 - 利維坦

利維坦按：

《黑客帝國》（The Matrix）中，當主人公尼奧（Neo）從機器與程序的「夢境」中醒來，為了表現他回到了現實世界，他醒來後發現的第一件事就是：現實世界中充滿黏液。

雖然這種黏糊糊的感覺想必沒有人會喜歡（甚至還會感到噁心）

，但我們仍要追問：黏液的本質是什麼？為何它在生物界如此普遍？要同時具備流體和固體兩種特性有何意義？

比如我們的鼻腔和鼻竇中總是充滿黏糊糊的黏液，其中是有充分原因的。鼻子的主要功用當然是吸入潔淨空氣，但同時它也必須起到過濾器的作用，將空氣中所有的污染物儘可能過濾掉。我們在日常咳嗽或者流鼻涕的時候，排出體外的黏液實際上是呼吸道排出外界刺激物與病原體的一種正常反應。

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加州莫羅灣（Morro Bay）的天氣美好至極，海岸線風景如畫，野生動物像是直接從迪士尼電影中走出來的一般。海獺在浪花中與幼崽嬉戲，蒼鷺在沙灘上曬太陽，海豹則在陽光下露出它們圓鼓鼓的肚皮。

然而，就在莫羅灣的寧靜之中，潛伏著一隻來自洛夫克拉夫特（H. P. Lovecraft）作品裡的怪物，它就像薩特噩夢中的生物一樣黏糊糊、滑膩膩。沒有比它更像外星生物的東西了。兩顆心臟？頭部長出觸手？四排尖牙？臉上豎著一個微笑？但你會稱它為微笑嗎？還是稱它為「臉」？沒錯，它就是盲鰻（Hagfish）。（譯者註：薩特在1929年於巴黎高等師範學院學習時曾服用致幻劑墨司卡林，並在噩夢中看到海洋生物，此後很長一段時間內都經歷螃蟹幻覺。）

武器級的黏液：在受到威脅時，盲鰻（比如這條）可以從它們的皮膚中釋放出分子，使水變成濃稠的黏液，足以塞滿鯊魚的嘴。美國海軍甚至正在試驗使用盲鰻的黏液，以在不動用武力的情況下阻止可疑船隻。© Frank Fennema/Shutterstock

作家和諾貝爾獎得主約翰·斯坦貝克（John Steinbeck）很不喜歡這個怪物。他覺得它「噁心得很」、「讓人作嘔」，但同時也表示，他的密友、海洋生物學家埃德·里克茨（Ed Ricketts）「並不這樣覺得，因為盲鰻的某些功能讓他覺得十分迷人」。我也覺得它們很迷人。

在受到威脅時，盲鰻可以瞬間將大量的水凝結成稠密的黏液。© Andra Zommers

盲鰻有一些特殊之處，這其中包括它的德語名「Schleimaal」（黏液鰻）；這個名字容易讓人產生誤會，因為這種細長的生物並不是鰻，也並非如其英語名所暗示的那樣是真正意義上的魚。實際上，盲鰻和同樣讓人不喜的、寄生性的七鰓鰻原屬同類，它們是今日僅存的原始圓口綱（cyclostomata）動物，這個綱名的意思就是「圓形嘴巴」。

這個名字更適用於七鰓鰻，它們擁有圓盤狀的吸盤口，口中有許多牙齒，使它們能夠附著在魚身上，從魚身側面撕扯魚肉。此前，一項驚人的發現證實了圓口綱動物的獨特演化歷程[1]。該研究首次發現了一具盲鰻化石，它來自1億年前，連同黏液痕跡都保存完好，就像是「石頭裡的一個噴嚏」。它突顯了這種生物與七鰓鰻之間的密切關係，並證明它們並不如部分科學家此前推測的那樣，是我們脊椎動物的原始祖先。

七鰓鰻是一種圓口綱的生物。沒有頜，裡面長滿了鋒利的牙齒，這是古代魚祖先所具有的特徵之一。鰓在裡面呈袋形的原始狀態，腮穴左右各七個，排列在眼睛後面。© High Country News

不同於七鰓鰻，盲鰻似乎在大多數時候都是無害的，它們生活在深海中，主要以屍體為食。在陸地上，只有像我這樣在莫羅灣的街道上尋找魚販批發商的人才能看到它。

桑迪·溫斯頓（Sandy Winston）就是這樣一位批發魚販。在這個沉悶的、聖誕節前夕的12月下午，他好心讓我進了他的院子。院子裡，數百條盲鰻正在兩個超大的金屬容器里盤繞扭動，有大水管不斷朝容器里供水。但容器里並不一直如此，因為這些生物會迅速地將液體轉變成粘稠的凝膠狀物質。我眼看著它發生，也親自感受了一下，因為很快，我就在透明的黏液中四處摸索，試圖用雙手抓住一條盲鰻。

它們比我想像的要難抓，因為它們從不靜止不動，而是會從我指縫間溜走。不僅如此，黏液也是個難題，它堅韌極了，我可以像提起一張厚而密的織物一樣提起它。它又黏又拉絲，以至於在我的手指之間形成了網，而且黏得我洗也洗不掉。

桑迪的同事貝基（Becky）一言不發地遞給我一塊被黏液漿得發硬的舊抹布，我只好用它搓下手上的黏液。她金髮碧眼，很喜歡笑，跟我一起站在容器旁，也在黏液里翻找著。她負責看管這些動物，此刻，她正在尋找一條死去的盲鰻。「我能聞到。」她說。

為什麼要取走一條被愛吃腐肉的同類包圍著的死盲鰻呢？「他們不吃彼此。」貝基說。

這張盲鰻的特寫與恐怖電影《異形魔怪》（Tremors，1990）海報極為相似。© BRANDON D. COLE/CORBIS

不過，也沒有多少生物會捕食盲鰻。它的皮膚松垮，因而很難捕捉，而且還有極度黏滑的防禦手段。在受到威脅時，盲鰻會從皮膚中釋放出額外長的分子（平時，這些分子以節省空間的紡錘形儲存，等待被投入使用），這些分子隨即迅速爆發，瞬間將大量水分子凝結成稠密的黏液，形成一團令人窒息的凝膠雲，甚至足以塞住鯊魚的嘴。每升盲鰻黏液中有數萬條纖維，它們又長又細，卻堅韌、有彈性，有點像堅固的絲綢或合成纖維。作為純天然分子，它們或許為全新的生態紡織面料指明了一條道路。

但還不止如此：美國海軍正在試驗使用軍事實驗室級別的盲鰻黏液，以在不動用武力的情況下攔住可疑的船隻。目前的攔截戰術包括發射塑料繩索，這些繩索通過纏住船隻的螺旋槳發動機使其減速，事後卻很難解開。相較之下，以人工合成的盲鰻黏液為基礎的武器也許可以在水下膨脹成一團黏液，從而阻住可疑船隻，之後再溶解掉，不留下任何殘留物。

這將是對古希臘和古羅馬描述的神秘黏液狀海洋的現代再現。「2000多年以來，地理著作中不時地提到一種『凝固的海洋』，它會阻止到達此處的船隻繼續前進，或是會使航行變得更加艱難，」德國歷史學家理察·亨尼格（Richard Hennig）在1926年寫道，「中世紀的文獻中也曾提到過這種現象，時不時可以讀到『凝固之海』或是『不動之海』的故事，被冠以拉丁名『Morimarusa』（死之海）出現。」

在我們的視野之外，誰知道還有多少其他獨特、有用的黏液？如果說盲鰻是動物黏液之王，那麼它的王國就包括了整個自然界——以及其中的每一個物種。生物黏液並非鮮為人知、偶然才可得見的特殊情形，它們是根本的規則，是生存的必要條件。

在我研究這種迷人物質的這些年裡，我還不曾遇到過沒有黏液的生物，甚至懷疑這樣的「極簡主義者」是否存在。這並不奇怪，因為對於幾乎每一個演化學上的問題，自然界都可以在黏液中找到答案。史丹福大學的馬克·丹尼（Mark Denny）在1989年的一篇開創性的文章中寫到，無脊椎動物尤為依賴這種物質來進行運動、交流、繁殖、自衛，甚至是捕食，而水母、櫛水母和其他浮遊動物則完全由膠狀的中膠層構成。

生命中無所不包的媒介：對微生物來說，黏液也具有同樣的意義。那麼對於我們這些所謂的高等生物呢？黏液對於我們脊椎動物以及植物也一樣重要。我們也以無數種方式使用黏液，只是它在我們身上不那麼容易察覺。

這種隱蔽對於陸地生物來說是必要的，因為含有大量水分的黏液在空氣中會很快乾燥。任何在陸地上大規模使用黏液的生物都會更傾向於將其隱藏在體內，或者像植物一樣隱藏在土壤中，這樣就更容易控制水分的損失。

我們人類唯一公開展示的黏液表面是眼睛。它們被一層薄薄的黏液膜覆蓋，而脂質層保護黏液膜免受脫水。可能正是因為黏液大多藏於隱秘的性質，長時間以來，我們都沒能注意到它是一種重要且複雜的物質。

那麼，黏液（slime）到底是什麼呢？

它是對未知但緩慢流動的液體、或是讓人悚然的軟固體的默認術語。它是一種兩頭不搭、介於中間的東西，是一種感覺，也是一種對物質的描述，但並不存在某種典型的黏液。根據不同的來源和功能，它隱藏在「凝膠」（gel）、「生物膜」（biofilm）、「粘液」（mucilage）、「糖萼」（glycocalyx）等眾多化名背後，也隱藏在諸如「生物土壤結皮」（biological soil crusts）這樣的生態群落里，或是像「海洋雪」（marine snow）這樣的現象中。

但如何釐清這些概念之間的差異和共性呢？大多數膠狀物質都被統一歸類為「黏液」，就連在科學出版物中也是如此，可它們內在的分子生活卻鮮有人去研究——或者說，至少在幾年前還是如此：如今，越來越多研究特定黏液的研究人員正與同行建立聯繫、互通有無。

紐約市立大學的亞當·布朗施魏格（Adam Braunschweig）主持領導了一項國際合作項目，旨在研究不同動物的黏液，並利用它們的設計開發新技術。這是一個值得追求的目標，因為正如他們在一篇文章中所述，這些黏液「具有顯著的多樣性，包括潤滑劑、濕黏合劑、保護性屏障和礦化劑。」[2]這個全新的學科甚至有了一個名字：「黏液學」（mucomics）。

但是，即使特定的黏液可以通過其結構和功能來確定，我們又要如何為所有類型的生物黏液給出一個統一的定義呢？答案可能和這些物質本身一樣滑不溜秋、難以捉摸，但至少，各種黏液在成分、結構、行為和功能方面具有一些重要的共同特點。

自外向里解開這個問題可能會更加容易，我們首先從功能開始吧：儘管生物黏液多種多樣，但它們主要充當了潤滑劑、膠粘劑和選擇性屏障。它們也有諸如保濕或礦化等其他功能，不過這些功能通常可以歸入前述幾個主要類別，而這些類別本身也並非完全獨立、明確。

我還不曾遇到過沒有黏液的生物，甚至懷疑這樣的「極簡主義者」是否存在。

到目前為止，我們只了解並研究了少數幾個物種的黏液功能。例如，蝸牛可以輕鬆地掛在物體表面，也可以在物體表面輕鬆爬行，只需分泌一種不同的黏液膠就可以做到。它們還在消化道等體內表面覆蓋黏液作為屏障——就像人類和許多其他生物一樣。

但是，如果單個細胞就是整個生物體，如果它的體內沒有任何組織或表面需要保護，又當如何？微生物可能是所有生物中最原始且最熟練的黏液製造者。它們聚集在一起，在任何有水和可供附著的物體表面為自己築起黏糊糊的城市（也就是生物膜）。環境中的微生物黏液無處不在，足以通過將沙子、沉積物和其他基質粘合在一起，影響從沙漠到海岸的棲息地，這通常發生在空氣、陸地和水的交界界面上。

接下來，讓我們考慮一下行為：黏液如何起到潤滑劑、膠粘劑和靈活屏障的作用呢？這要歸功於它們的粘彈性，也就是同時具有流體和固體的特性。

在許多情況下，生物體可以調整這種行為——微調黏液的流動性、黏性和密度，這讓它們對不斷變化的需求有著極強的適應性。水凝膠的行為取決於作用在它們上的某些力的持續時間和強度，而這正是它們作為潤滑劑、黏合劑和屏障具有如此多樣性和適應性的主要原因——儘管它們幾乎就只是水而已。它們特有的緩慢流動性（即「黏度」）取決於物質的內部結構和組成部分。

按德國微生物學家漢斯-庫爾特·弗萊明（Hans-Curt Flemming）的說法，「黏液幾乎就只是一種硬化的水」。這種剛度要部分歸功於一種能將水縛住的三維框架——它將其保持在分子鏈中。換句話說：水想要流動，但被分子框架牢牢地束縛住（哪怕這種束縛具有一定的彈性），這解釋了其更接近固態物質的行為。這張網絡由聚合物組成，而這些聚合物是彼此交聯的長鏈分子。它們的獨特之處在於能夠將超常數量的水結合在一起，至少在涉及到由生物體產生的高功能黏液時是如此。

雖然科學界才剛剛開始上手研究這滑不溜秋、難以捉摸的黏液，但這並非黏液第一次引起人類的好奇心、為人類所用。

在明媚的陽光下，環帶骨螺的黃色黏液會變成深紫色。在古羅馬時期，這種軟體動物被成千上萬隻地捕殺（後來在歐洲的皇室家族中也是如此），用於製作帝王紫色（也叫皇家紫）的奢華禮服。原本普普通通的歐洲鷗蛤（Pholas dactylus）也曾遭遇過被視為寶物的類似厄運。這些生物用它們細長的殼在石頭上磨出洞穴，一生都躲在裡面。儘管它們給自己挖出了巧妙的地穴，羅馬人仍然發現了它們，老普林尼（譯者註：Pliny，著有《博物志》）曾寫道，在夜間的鷗蛤宴上，賓客們的嘴巴、手和衣服都會在黑暗中熒熒亮起，因為濺到了鷗蛤的生物發光黏液。

看起來，我們可能正師法過去，滲向未來：我們會用更驚人的方式使用和欣賞大自然的凝膠——但願也是更收斂的方式。

參考文獻：

[1]www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1814794116

[2]pubs.acs.org/doi/10.1021/acsbiomaterials.0c00713

文/Susanne Wedlich

譯/苦山

校對/瘦竹與腐竹

原文/nautil.us/the-importance-of-slime-287047/

本文基於創作共享協議（BY-NC），由苦山在利維坦發布

文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場

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