【生物循環】死生相續,生死原本難分

CC0 Public Domain
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撰文|葉綠舒

我們呼出最後一口氣以後,我們的意識,隨著我們合上雙眼就離開了。但是,留下的臭皮囊後來怎樣了?在現代,臭皮囊就是放進棺木裡,燒掉、埋掉;燒掉的不論,埋葬的,接下來呢?

為了想知道身死之後臭皮囊的變化,田納西州立大學的研究團隊,取得四個人同意捐贈自己的大體,讓他們得以研究:在我們斷氣以後,留下的臭皮囊究竟發生了什麼事。

在2012年夏天到秋天,這四個大體(兩男兩女,均為白人)埋葬在田納西州立大學的人類學研究所佔地1.3英畝的落葉林中,平均濕度為71.3%,年均高溫為攝氏21.3度,低溫為10.9度。大體沒有被解剖過,也沒有經過防腐處理;在死亡當時立刻冷藏,三天內埋葬在這裡。年齡分佈為60-90歲,體重為56-77公斤。每次取樣都是取大體身下0-3公分的土壤,以及距離大體兩公尺以外的土壤做為比對。

科學家們發現,死亡後有兩個階段,周圍土壤微生物的呼吸作用的變化最大。第一個階段在在死亡後7-12天,也就是從活躍發脹期(Bloat-Active)到活躍腐爛期(Active Decay),這時候分解液(decomposition fluid,俗稱「死人湯」)流出,呼吸速率上昇、大量的物質釋放:主要是氨 ammonia,其次為碳,另外還有磷。這個階段主要的微生物由多到少為:變形菌門(Proteobacteria,佔30-40%)、厚壁菌門(Firmicutes,佔13-26%)、酸桿菌門(Acidobacteria,佔15-23%)。物質的釋出會一直延續到進階腐爛第三期(Advanced Decay III)。但是,從埋葬直到分解完成,整個過程中土壤的酸鹼度變化不大。

雖然整體細菌的多樣性,在分解液釋出後改變不多,但個別的組成卻有些細微的變化。如Alphaproteobacteria與Gammaproteobacteria增加了,而Betaproteobacteria內部則互有增減;至於厚壁菌門則先升後降,但Planctomycetes則先降後升。

到10-23天時(進階腐爛第一期,Advanced Decay I),呼吸作用再度上昇,但釋放的物質變少,最主要的微生物由厚壁菌門取而代之。

以總體細菌數量與多樣性來看,其實大體周圍的細菌數量改變得不多,而是組成發生變化。以擬桿菌(Bacteroidetes)為例,其中人體才有的擬桿菌(Bacteroides)變多,而土壤中原有的Terrimonas變少了。這在之前其他研究團隊觀察老鼠屍體的腐化過程時,也有類似的情況發生。

至於人體內的細菌呢?研究團隊發現,擬桿菌是從頭到尾都存在,直到死後198天(進階腐爛第三期)才開始下降。不過,在不同階段還是有不一樣的與人相關的細菌成為多數:在活躍腐爛期主要是擬桿菌與葡萄球菌(Staphylococcus),到早期進階腐爛期則換由乳酸桿菌(Lactobacillus)、Phascolarctobacterium與Eggerthella為主。

至於病原菌是否會隨之進入土壤、甚至散播呢?研究團隊發現,這些病原菌其實很難打贏原本在土壤中的細菌大軍,所以他們的量(包括沙門氏桿菌、空腸彎曲菌以及大腸桿菌O157等)都隨時間而遞減。

整體細菌的數量與多樣性,要到進階腐爛第三期時才會開始出現明顯的變化。此時不論是數量或是多樣性,都朝著一開始的狀況(埋葬前)移動:厚壁菌門減少,Actinobacteria、Alphaproteobacteria、Gammaproteobacteria與擬桿菌(Bacteroidetes)增加。

由於與人相關的擬桿菌屬(Bacteroides)一直持續出現在土壤中,直到死後第198天;因此研究團隊認為,或許未來可以建立一個微生物的消長曲線,協助用來判斷屍體的死亡時間。

參考文獻:
Cobaugh KL, Schaeffer SM, DeBryun JM (2015) Functional and Structural Succession of Soil Microbial Communities below Decomposing Human Cadavers. PLOS One. 10(6):e0130201.doi:10.1371/journal.pone.0130201

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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