
雖然只是隻小小的螞蟻,也能對人類做出大大的貢獻。
2022年3月《iScience》期刊登出一篇有趣的研究論文,指經過短暫訓練的螞蟻可透過癌細胞特殊的氣味,分辨出乳癌細胞和正常細胞,也許有朝一日能成為檢測人類癌症生物標記的得力助手。
這項由法國國家科學研究中心(CNRS)及幾所法國知名大學共同進行的研究,發現螞蟻種屬中的黑山蟻(Formica fusca)具有發達的嗅覺,有能力嗅出人類癌細胞的特殊氣味,這也顯示它們或許可在醫院進行「較少侵入性」的替代診斷作業。
研究人員總共訓練了36隻黑山蟻,先把它們放在有人類癌細胞氣味、且又模擬人類體溫攝氏37度的環境中,旁邊放著糖水,當做獎賞,然後讓它們四處行走,找到糖水並享受一番;接下來,再把這些螞蟻移到同樣溫度但沒有人類癌細胞氣味、也沒有放糖水的環境中,一樣讓它們在裡面四處行走。
反覆訓練2~3次後,再將這些螞蟻分別放進一個和獎賞有關的癌細胞株,以及一個和獎賞無關的對照細胞株的環境裡,同時用攝影機記錄它們的行為,以及在兩種不同細胞株附近停留的時間。
結果發現,在糖水的獎勵下,螞蟻待在癌細胞株附近的時間,明顯多於待在對照細胞株附近的時間,顯示它們學會辨識出與癌細胞相關的揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)氣味,也能成功區分乳癌衍生的上皮細胞癌株與正常乳腺細胞株的不同,
癌症是複雜的疾病,具有某些特徵,比如失調的細胞能量代謝、透過增殖訊號或利用促腫瘤炎症因子自我維修的能力,以及新陳代謝會產生揮發性有機化合物等。肺癌、乳癌、攝護腺癌等各種類型的癌症,都會產生獨自的揮發性有機化合物等生物標誌物,而不是單一的常見分子,可經由氣相層析法(GC)或人工嗅覺系統加以辨識。
經過數百萬年的演化,某些動物擁有微調的嗅覺系統,可以檢測到很微小的氣味濃度,並具有區分複雜氣味混合物的計算能力。狗的鼻子就非常適合醫學診斷,可檢測癌症特異性揮發性有機化合物,但訓練狗既昂貴又耗時,往往需要幾個月的時間,且要進行數百次試驗,因此透過狗進行的研究報告中,測試的樣本量通常都很低。
與狗相比,昆蟲可以在受控條件下輕鬆飼養,嗅覺系統也非常發達,數百隻個體只需很少的試驗即可適應。有越來越多證據顯示,昆蟲可以從癌細胞系中檢測到揮發性有機化合物。
螞蟻數量眾多,且能以非常高的機率集體選擇正確的氣味。就檢測能力而言,螞蟻和狗這種研究最多的生物探測器不相上下;在某些方面,螞蟻卻又超越了狗,因為它們只需要30分鐘的訓練就能上陣,而狗卻需要6-12個月,且每週只要餵食兩次蜂蜜和冷凍昆蟲即可,訓練和維護成本更低,很有潛力成為醫療機構檢測的好幫手。
因此,螞蟻代表了一種用於檢測癌細胞揮發物的快速、高效、廉價且具有高度鑑別性的檢測工具。針對癌症檢測這部分,法國國家科學研究中心等研究團隊在確認螞蟻可以檢測到與癌症相關的氣味範圍之餘,還打算訓練它們也擁有檢測身體散發氣味的能力,以便及早發現罹癌徵兆,及早治療 。
此外,如果訓練得宜,這些螞蟻甚至還可能勝任一系列其他複雜氣味的檢測任務,包括檢測麻醉品、爆炸物、變質食物,或是瘧疾、感染、糖尿病等其他疾病,成為醫療機構檢測的好幫手。
這似乎是個美好的藍圖,方法簡單,成本也相對較低,但訓練螞蟻的效果及其持久性難免受到質疑;比如說,如果某種特定氣味已經不能讓它們「預期自己獲得獎勵」,進而讓它們覺得繼續走向這種氣味已沒有什麼意義時,效果可能會大打折扣,而這些都有賴更多努力來解決。
若您對本文有任何批評與建議,歡迎點擊填寫意見表