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人死如灯灭?开什么玩笑,这才刚刚开始呢

(编译/姜Zn)一具正在腐烂的人类尸体其实并不是“死气沉沉”;正相反,它其实生机勃勃。越来越多的科学家开始把腐烂中的尸体看作是一块奠基石,它滋养着一个庞大且复杂的生态系统。该系统在宿主死后不久产生,并在尸体分解的过程中逐渐兴盛、进化。

本文一切解释性尸体图片均由卫生纸君友情出演,请放心阅读。图片来源:© Lightning + Kinglyface and Jess Bonham

分解在死亡的几分钟后就会发生,这个过程叫做自溶(autolysis),或自我消化(self-digestion)。心脏停止跳动之后,很快细胞就会缺氧。化学反应的有毒副产物开始在细胞中积累,导致它们酸性上升。酶会开始消化细胞膜,并在细胞瓦解的时候渗出。这个过程往往在肝脏和大脑中最先发生,因为肝脏富含酶,而大脑含水量高。不过,最终所有的组织和器官都会像这样瓦解掉。受损的血细胞开始从破裂的血管中溢出,然后在重力的作用下沉积在毛细血管等细小的血管里,使皮肤颜色变暗。

尸体的体温也会逐渐下降到和外界相同的温度。此时,尸僵——“尸体的僵硬”——就拉开了序幕,从眼皮、下巴和颈部的肌肉开始,蔓延至躯干,最后是四肢。在活着的时候,在两种丝状蛋白(嵌在一起互相摩擦滑动的肌动蛋白和肌球蛋白)的作用下,肌肉细胞能够收缩和伸展。但是死后,细胞没有了能量来源,蛋白质纤维被锁在了原地。这导致了肌肉僵硬,关节锁死。

所以僵尸才这么僵硬。图片来源:Plants vs. Zombies Wiki

在这几个早期的阶段里,尸体生态系统中包含的大多是之前住在人体内和体表的细菌。我们的身体是大量细菌的家园;每一处表面、每一个角落,都是某种专一的微生物群体的栖息地。我们目前所知的最大的微生物群体居住在肠道内,那里定居着几百甚至几千种不同品种的几万亿个细菌。

肠道菌群是生物学领域最热门的科研题目之一;它被与人类健康和大量的症状与疾病联系在了一起,从自闭症和抑郁症到肠易激综合征和肥胖。然而我们还是对这些微型乘客知之甚少。而至于我们死去之后它们怎么样了,我们知道的就更少了。

2014年8月,阿拉巴马州立大学的法医科学家古尔纳兹·贾凡(Gulnaz Javan)和她的同事们发表了他们关于“死亡微生物群落”(thanatomicrobiome)的第一篇论文。

“我们很多的样本都来自刑事案件,”贾凡说,“有人会死于自杀、他杀、药物过量或交通事故,而我就从他们的尸体上提取组织样本。这里还涉及到一些道德问题,所以我们需要征得许可。”

当我们活着的时候,大部分的器官中都是没有微生物存在的。然而,我们死后不久,免疫系统就停止了工作,使得微生物可以在身体中自由传播。这个过程通常从肠道中的大小肠交界处开始。在无人监管的情况下,肠道内的细菌开始消化大小肠——然后是周围的组织——该过程由内而外, 而从破损的细胞中渗出的化学混合物则是它们的食粮。接着它们会入侵到消化系统的毛细血管以及淋巴结中,扩散至肝脏和脾脏,然后进入心脏和大脑。

贾凡和她的团队从11具尸体上取了肝、脾、脑、心和血液的样本,取样的时间是死后20至240小时。他们用了两种最先进的DNA测序技术,结合了生物信息学,分析和比对了每份样本中的细菌含量。

从同一具尸体上提取的不同器官的样本互相之间都很相似,但是从不同尸体上提取出的同一器官的样本则非常不同。这一发现很可能是由于不同尸体中原本菌群的构成不同,也可能是由于取样时距离死者死亡的时间不同。此前的一项关于小鼠尸体分解的研究表明,尽管死后菌群发生的改变极其惊人,但是这种改变是连贯有序、可计量的。研究人员在估计小鼠死后将近两个月之内的死亡时间时,得以把误差控制在三天之内。

古尔纳兹·贾凡的办公室工作照,蛮日常的。图片来源:Flickr|Mo

贾凡的研究表明,在分解中的人类尸体体内,可能也有“微生物时钟”的存在。 他们的研究表明,细菌会在人死亡约20小时后抵达肝脏,而想要传播到所有在该实验中被取了样的器官,则需要至少58个小时。也就是说,我们死后,我们体内的细菌可能会以某种条理和规则蔓延,而它们在内脏间蔓延的特定顺序可能可以为我们提供一种新的估计死亡时间的方法。

贾凡的团队接下来想要研究的是,用哪个器官估算死亡时间的效果最好。虽然我们还不清楚这个问题的答案,但我们知道的是,不同的细菌组成与尸体分解的不同阶段有关。

腐败

对于大多数人,看到正在腐败的尸体,最好的反应也是心神不宁,而最坏的可能是厌恶、恐惧,那种噩梦一般的感觉 。但是对于东南德克萨斯州应用法医科学研究所的伙计们来说,这就是日常。研究所于2009年成立,坐落于的一片国家森林中,占地约1平方千米。该森林所属于萨姆休斯顿州立大学(SHSU)。

2011年末,SHSU的科学家西伯尔·波切莱(Sibyl Bucheli)和亚伦·林恩(Aaron Lynne)以及他们的同事们将两具新鲜的尸体放在了这里,让它们在自然状态下腐败。

一旦自我消化开始、细菌从肠胃道逃脱,腐败的过程就启动了。这是分子层面的死亡——软组织进一步分解成气体、液体和盐。腐败其实早在尸体分解的初期就在进行了,但是它真正出手是在厌氧细菌登场之后。

与尸体的腐败联系在一起的,是体内的细菌种类从需氧型(需要氧气才能生长)到厌氧型(不需要氧气)的转变。接着,厌氧型细菌会消化尸体的组织,把其中的糖类发酵出气体副产品,比如甲烷、硫化氢和氨气。这些气体在尸体中蓄集,使得腹部或者尸体其它部分膨胀起来。

膨胀。图片来源:© Lightning + Kinglyface and Jess Bonham

这个过程会使得尸体进一步变色。受损的血细胞继续从逐步分解的血管中渗透出来,与此同时,厌氧细菌把血红蛋白分子(曾经负责往身体各处运送氧气)变成了硫血红蛋白。静止的血液中的这种分子会使皮肤呈现出带有大理石纹理的墨绿色,这种现象是尸体正在积极进行分解的特征。

尸体的膨胀通常标示着分解前期到后期的过渡,而近期的一项研究表明,尸体中菌群组成的显著改变也可以标示这个过渡。

波切莱和林恩在尸体膨胀期的最初和末尾阶段,对尸体不同部位的细菌进行了取样。然后他们提取了样本细菌的DNA并进行了测序。

作为一名昆虫学家,波切莱的兴趣点是定居在尸体内的昆虫。她把尸体看作是某些尸食性昆虫的专门的栖息地,有些昆虫的整个生命周期都投身于尸体的内部、表面以及四周。

定殖

当一具尸体开始自我清洗时,它就完全暴露在周围环境中了。在这一阶段,尸体生态系统开始了真正的自力更生:它成了微生物、昆虫和食腐动物的社区活动中心。

与尸体分解的联系非常紧密的两种昆虫是丽蝇和肉蝇(以及它们的幼虫,也就是蛆)。尸体会散发出一种难闻的、令人作呕的甜味,这种气味由各种挥发性化学物质混合而成,成分复杂且会随着尸体的分解而变化。丽蝇用触角上的专业探测器来探测这种味道,然后降落在尸体上,在孔洞和伤口中产卵。

我们常说的“绿豆苍蝇”就是丽蝇的一种(上图)。肉蝇又叫麻蝇(下图)。图片来源:上:Rottler Pest & Lawn Solutions;下:DukeSilas

每只苍蝇都能产下250只左右的卵,这些卵在24小时之内就能孵化。此时的阶段一的蛆很小,它们以腐肉为食,然后会蜕皮长大(阶段二),再吃上几个小时后再次蜕皮(阶段三)。接着吃上一段时间之后,这些变得更大且肥满的蛆会蠕动着离开尸体。之后它们会化蛹,变成成年的苍蝇,然后重复这一循环,直到食物耗尽。

在合适的条件下,正积极腐败着的尸体中会有大量处于阶段三的蛆。蛆群会产生大量的热,使得尸体内部的温度上升超过10摄氏度。就像在南极挤作一团的企鹅一样,蛆群中的个体们会不断地移动。不过,企鹅挤在一起是为了取暖,而蛆在蛆群中四处游走则是为了降温。

“这是把双刃剑,” 波切莱解释道,“如果你老呆在外边,你可能就会被鸟吃了,而如果你老是在里面,你可能就被烤熟了。所以它们总是在中间和外围来回游走。”

苍蝇的存在吸引了许多捕食者,如皮蠹、螨虫、蚂蚁、黄蜂和蜘蛛。它们会食用或寄生苍蝇的卵和幼虫。像秃鹫这样的食腐动物,以及其它的大型食肉动物,也可能会光顾这具尸体。

不过,如果没有食腐动物前来拜访,那么清理软组织的任务就落在了蛆的头上。就像卡尔·林奈(Carl Linnaeus,动植物双名命名法的创立者)在1767年所指出的那样,“三只苍蝇能和狮子一样快地吞掉一匹马的尸体。”第三阶段的蛆会大群大群地离开尸体,而且经常是顺着同一条路径。它们的行为是如此严格有序,以至于在尸体的分解结束之后你甚至能看出它们移动的轨迹,因为尸体周围的泥土上会伸展出一条条深深的沟渠。

造访尸体的每一个物种都有自己的一套肠道菌群,而不同种类的土壤也可能收容着截然不同的细菌群体——决定这些群体的组成的,可能是类似温度、湿度以及土壤种类和材质等的因素。

所有这些微生物都会和尸体生态系统发生交融。落在尸体上的苍蝇不但会把它们的卵留下,还会带走一些尸体上的细菌,留下一些自己身上的细菌。而从尸体中淌出来的液化了的组织也使尸体和它身下的土壤得以交换细菌。

爆裂。图片来源:© Lightning + Kinglyface and Jess Bonham

在波切莱和林恩从尸体上取到的样本中, 细菌的来源千差万别:尸体表面的皮肤、来访的苍蝇和食腐动物,以及土壤。“当尸体开始自我清洗时,肠道内的细菌开始往外走了,我们发现在尸体外面这类细菌更多,”林恩说道。

所以,每具尸体可能都有它独特的微生物印记,而这种印记可能还会根据死亡现场的确切环境,随着时间而改变。在尸体分解的过程中,如果我们对于这些细菌群体的组成、它们之间的联系,以及它们的相互影响能有更深的了解,那么也许有一天,这将能帮助法医们更好地了解一个人是在什么地方、什么时候、怎么死的。

举个例子,如果我们在某具尸体上发现 了某种DNA序列,而这种序列只属于某种特定的有机体或者土壤类型,那么犯罪现场调查人员可能就能把谋杀案受害人的尸体和某个特定的地理位置联系在一起,甚至也许能把搜索的范围缩小到某片场地中的某个特定的区域。

为了实现这个目标,科研人员们正在紧锣密鼓地归纳人体表面和内部的细菌种类,以及研究不同的人身上的细菌种群有什么不同。“我很想得到一组从生到死的数据,” 波切莱说,“我很想遇见一个这样的捐献者,愿意让我在他还活着的时候、走向死亡的过程中,以及尸体分解的过程中,给他身上的细菌取样。”

清洗

“我们现在看到的,是从正在分解的尸体中流出来的清洗液,”丹尼尔·维斯考特(Daniel Wescott)说。他是位于圣马科斯的德克萨斯州立大学法医人类学中心的负责人。

维斯考特是一名人类学家,专长是头骨结构。和他合作的还有昆虫学家和微生物学家,以及电脑工程师和一位飞行员。后两者负责操作一架无人机,从空中给这个中心的尸体农场拍照。

“我读过一篇文章,讲的是农民操作无人机飞过玉米田,寻找哪片土地最适合种玉米,”维斯考特说。“他们用的是近红外光,而有机物丰富的肥沃土地的颜色会更深一些。我就想,如果他们能做到这种事,那也许我们也能用无人机找到那些小圆圈。”

“小圆圈”指的是“尸体分解岛”。一具正在分解的尸体会显著地改变它身下土壤的化学成分,这种影响可能会持续好几年。尸体的清洗——也就是被分解的物质从尸体剩余的部分里渗出来的过程——会往底下的泥土中释放营养物质,而蛆的移动也会把尸体中的很多能量带到更广的环境里。最终,这整个过程会创造出一个“尸体分解岛”,也就是一片土壤中浓缩了大量有机营养物的区域。这片区域不仅会向更广的生态系统中释放营养,而且还能吸引来其它的有机物,比如说昆虫的尸体和大一点的动物的排泄物。

解体。图片来源:© Lightning + Kinglyface and Jess Bonham

据估计,正常的人体中大概有50%到75%都是水,而每千克脱了水的人体物质,最终能往土壤中释放32克氮、10克磷、4克钾和1克镁。在最开始的时候,尸体会杀灭一些它身下和周围的植被,原因可能是氮的毒性或者尸体中含有的抗生素。抗生素是那些在吃尸体的肉的昆虫幼虫分泌的。不过归根结底,尸体的分解对周围的生态系统是有益的。

尸体分解岛中的微生物生物量比周围区域中的高。土壤中的线虫(被与尸体腐败联系在一起,被渗透出的营养所吸引)会更多,植物也会更多样化。如果我们能对分解中的尸体对周围环境的影响这一问题进行更深入的研究,那么也许我们能找到一种全新的方法,帮助寻找那些被埋得不深的谋杀案受害者的尸体。

墓地土壤分析可能也能够提供一种估算死亡时间的方法。2008年,一项关于尸体分解岛中的生物化学变化的研究显示,土壤中从尸体中渗透出来的磷脂含量在死亡后40天左右达到顶峰,而氮和可萃取的磷的含量达到顶峰的时间分别是72和100天。随着我们对这类进程的了解逐步加深,也许有一天,墓地土壤生物化学分析能够帮助法医学研究者们估算出一具尸体被埋藏了多久。

入殓

在德克萨斯州夏季连绵不绝的干热气候里,被弃之不顾的尸体会木乃伊化,而不是彻底分解。皮肤会迅速地失去所有水分,所以在整个过程结束时,它们还是会紧紧包在骨头上。

气温每上升10摄氏度,尸体分解过程中涉及到的化学反应速度就会加快一倍,所以在平均气温25摄氏度的天气里,尸体在16天之后就会进入分解的晚期。在那个时候,尸体上大部分的肉都被除去了,而蛆们离开遗骸的大规模迁徙也就可以开始了。

古埃及人不经意间了解到了环境对尸体分解的影响。在前王朝时代,也就是在他们开始建造精致的棺椁和陵墓之前,他们将死者包进亚麻布,然后直接埋在沙子里。高温抑制了微生物的活动,而埋葬阻止了昆虫接触到尸体,因此那些尸体都被极好地保存了下来。后来,他们开始为死者精心修建陵墓了,为的是死者在来世能过得更好,但是这恰巧事与愿违——将尸体与沙子分离开来其实加速了尸体的分解。所以他们发明了尸体防腐和木乃伊制作技术。

尸体防腐的步骤之一是用化学制品处理尸体,放缓分解的速度。古埃及人会先用棕榈酒和尼罗河水清洗死者的身体,从身体左侧的切口处取出大部分的内脏,然后把尸体用泡碱(一种存在于尼罗河流域的天然混合盐)包裹起来。然后他们会用一根长钩把死者的大脑从鼻孔处钩出来,再把尸体全身覆盖上泡碱,然后让它自然风干40天。在早期,人们会把死者干燥后的内脏装在卡诺匹斯罐里,放在尸体旁边下葬;后来,人们把内脏用亚麻布包起来,放回死者体内。最后,尸体会被层层裹上亚麻布,准备下葬。殡葬从业者至今仍在学习古埃及人的尸体防腐方法。

装内脏的卡诺匹斯罐。图片来源:cowofgold - Wikispaces

经过防腐处理的尸体也终将会腐败。至于腐败在什么时候发生、要持续多久,都极大程度上取决于防腐处理的程序、棺材的种类以及下葬的方式。归根结底,尸体只是能量的一种形式而已,能量被禁锢在一块块的物质中,等待着被释放回广袤宇宙中的那一天。

根据热力学的能量守恒定律,能量是不能被创造或销毁的,只能从一种形式转化为另一种形式。换句话说:物质分崩离析,同时将它们的质量转化为能量。尸体的腐败是一句终极的、病态的提醒:宇宙中的一切物质都必须遵守这些基本法则。我们的身体分解,与周遭的环境达到平衡,然后为其它的生物所用,循环往复。

尘归尘,土归土。(编辑:姜Zn)

新生。图片来源:© Lightning + Kinglyface and Jess Bonham

题图来源:Nur Publishers

The End

发布于2019-07-03, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Moheb Costandi

Moheb Costandi曾是一名发育神经科学家,现在是一位自由作者。

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