打開的「潘朵拉之盒」 —— 生化武器
究竟何謂生化武器呢?實際上是泛指一切具有傳染性與擴散性,且以攻擊為目的而使用,加害於人類或動物身上,能造成大規模傷亡的生物或化學物質。生化武器著重在對攻擊目標有傳染性與擴散性,所以即使古代田單在復國時用了五百頭牛,還是不能叫生化武器啦!生物武器的特點主要有致命性、擴散性、面積效應大、危害時間長、難以發現等。
歷史早已充斥著為戰爭目的故意散佈危害性大的疾病源的例子,在6世紀公元前,亞述人在敵人的井水中投入一種真菌,這黴菌的毒素能讓人產生幻覺。希臘和羅馬人在城市的飲用水中丟入屍體,因此,霍亂和傷寒等,都通過水傳染的疾病,可能是最早期使用生物戰劑。更狠的是1346年韃靼人對熱那亞人在克裡米亞戰爭和1710年俄國-瑞典的戰爭中,將感染鼠疫而死的屍體投入被圍困的城市的牆壁內。歷史上有明確記載的第一次生物戰1763年,此後,在第一次世界大戰和第二次世界大戰期間,生物武器不時地被一些國家用於戰場。
生物武器的研究約有100年的歷史:
第一階段:20世紀初至第一次世界大戰結束,主要研製者是德國;研製的生物戰劑僅是幾種人畜共患的致病細菌,如炭疽桿菌、鼠疫桿菌等;其生產規模小,施放方法簡單,主要由間諜秘密污染水源、食物或飼料。
第二階段:20世紀30~70年代,其發展的特點是生物戰劑種類增多、生產規模擴大,主要施放方式為飛機播灑帶有生物戰劑的媒介物,該時期是歷史上生物武器使用最多的年代。
第三階段始於70年代中期,其特徵是生物技術迅速發展,特別是DNA重組技術的廣泛應用,不但有利於生物戰劑的大量生產,而且為研製適用於生物戰要求的新戰劑創造了條件,使生物武器進入「基因武器」階段。
生物戰劑
鼠疫
那最原始的生化武器到底是什麼呢?西元一三四六年時,某位蒙古塔塔爾人的將軍,奉命征討當時黑海邊富庶的城市-卡法城(現在烏克蘭境內的港口城市Feodossia),然而打了半天卻久攻不下。偏偏這時軍中又發生了鼠疫(黑死病),眼見就要因大軍死亡殆盡而無功而返,沒想到這位將軍突發奇想,把死亡士兵的屍體用投石器拋入城中,導致卡法城內流行鼠疫而不攻自破,而搭船逃竄的居民將病原帶到了歐洲,進而引起了歐洲鼠疫的大流行,這些可能都是人類利用微生物(鼠疫桿菌)作為生化武器的先例。
Yeresinia pestis 鼠疫桿菌的螢光抗體染色(左)、電子顯微鏡(中)、培養在血液瓊脂的菌落
鼠疫(Pestis)是由瘟疫耶爾森菌(Yeresinia pestis) 感染透過鼠類傳播烈性傳染病。歷史上鼠疫有三次大流行,首次大流行發生於六世紀,起源於埃及的西奈半島,波及到歐洲所有國家,死亡近二千五百萬人;第二次發生於十四世紀,起源於美索布達米亞,僅歐洲就死亡二千五百萬人,即歷史上著名的黑死病,有人認為,這場黑死病嚴重打擊了歐洲傳統的社會結構,削弱封建與教會勢力,間接促成了後來的文藝復興與宗教改革。第三次發生於十九世紀末至二十世紀初,死亡一千二百萬人。百年間殺死了世界1/4的人口。
鼠疫通常先在鼠類或其他齧齒類動物中流行,跳蚤吸食鼠身上的帶有鼠疫桿菌的血液後,鼠疫桿菌在跳蚤的食道繁殖形成阻塞,明明吃了東東卻吞不到胃的跳蚤,餓得狂咬狂吸食。當跳蚤再次吸食時,會嘔吐出帶有鼠疫桿菌的血液,因而將鼠疫傳播。鼠疫大規模爆發通常最常先在齧齒類動物中發生,當齧齒類銳減,跳蚤因為失去原有寄生宿主而轉為叮咬其他動物或人類。
鼠疫感染人類按症狀可分成三類腺鼠疫或敗血性鼠疫經蚤叮咬傳播,當發展成肺鼠疫時可以透過空氣中的飛沫傳播,此類鼠疫稱為肺鼠疫,這才是黑死病。
腺鼠疫:通常是因被感染的鼠類或跳蚤叮咬而染得。一般在感染後3—8天會出現倦怠感、寒顫、發燒等現象,在傷口附近的淋巴腺會有發炎的現象,再來可能擴散到全身的淋巴腺。腺鼠疫如不治療,死亡率為50-90%。部份腺鼠疫重患者病原體侵入血液,引起敗血症。亦有可能入侵肺部引起肺炎而轉成肺鼠疫。
敗血性鼠疫:鼠疫桿菌經由血液感染全身,皮膚會出現血斑,最後全身長滿黑斑而死亡。這也是鼠疫被稱為黑死病的原因。部份敗血性鼠疫患者並沒有淋巴腫脹的徵狀。此類患者從染病至死亡可能不足一天。出現敗血性徵狀者如不治療,死亡率接近100%。及早以抗生素治療可以減至4-15%。
肺鼠疫:鼠疫桿菌經血液感染肺部後可透過病患者的飛沫人傳人。部份病者有可能是先得腺鼠疫發展而成肺鼠疫;但更多數是透過人傳人,吸入其他肺鼠疫病患的飛沫染病。肺鼠疫的潛服期通常為2-4日,但亦可少至數小時。最初的徵狀如頭痛、怠倦、咳嗽與普通呼吸道疾病相似。如不治療,在症狀出現後1—6日死亡,死亡率可達95%。
肺鼠疫(黑死病)感染肺的X-光,肺裡空氣的部分應該是一變黑暗,可是因為發炎,所以粉多地方還一片白白的。右圖是易出血傾向。 http://www.residentandstaff.com/issues/articles/2006-03_01.asp
炭疽熱(Anthrax)
目前所知的生化武器,大概可區分為生物戰劑與化學戰劑,生物戰劑又可歸類為細菌、濾過性病毒、毒素、立克次體及其毒素等,現在最熱門的大概非炭疽熱(Anthrax)莫屬。
2001 年 10 月 12 日早晨,《紐約時報》記者蜜勒 (Judith Miller)收到一封疑似內含炭疽熱病菌的信件。自從 911 恐怖攻擊事件發生,隨著世貿大樓的倒下,美國人籠\罩在一片擔心政府無力處理大規模的科化功擊威脅的預期中。
1) The organism,called Bacillus anthracis,is grown in the lab. 2) Removed from a nutrient-rich environment, the bacteria turns into spores, which naturally clump together. 3) Spores are purified, separated, and concentrated. 4) Spores are combined with fine dust particles to maintain separation and increase time they can suspend in the air. 5) The powdery mixture is put into an envelope. 6) When released into the air, a high concentration of spores can be drawn deep into the lungs. The spores return to their bacteria state and a rapidly developing anthrax infection releases deadly toxins. (cnn.com)
炭疽熱是一種經由炭疽桿菌(Bacillus anthracis)感染的疾病,這是人類歷史上第一個被證實引起疾病的細菌。一般這種細菌可以在牛、綿羊、山羊、或鹿等野生或家畜動物上被發現,若人們接觸受感染的動物,則細菌也可能存在人類身上。
炭疽桿菌的芽孢(左)與細菌(右)
由於炭疽桿菌的孢子相當堅韌而易於傳播,長久以來一直是生化戰研究人員的最愛,一旦炭疽桿菌被轉換為粉末的孢子型態(就是信件裡的怪粉末),人類或動物若不小心吸入,就有可能因而感染。它最初的症狀和感冒類似,接著胸部會有嚴重的壓迫感,數天內症狀將越來越明顯。到了感染第二期,會製造毒素的微生物在體內大量堆積,最後導致了宿主的死亡。炭疽熱感染的方式主要有三種: (一)對暴露在受感染的動物毛皮下工作的人而言,病菌可經由有傷口的皮膚直接進入人體內。 (二)食用遭感染但未經適度烹煮肉類食物,也可能導致腸胃感染。 (三)最後一種可能最具破壞性的感染方式,就是之前所說的孢子經由呼吸進入體內(但亦有專家認為這需要相當大量的孢子才有可能,像紡織廠或皮革廠工人即使長時間吸入孢子,也很少有不適的症狀發生,因此他們認為呼吸這條感染途徑,必須是肺部有問題的人才可能發生)。
生物恐怖主義者看中這種細菌,還因爲它能形成芽孢難以消滅:它們遇到不良環境能夠形成芽孢,以休眠狀態抵抗不良環境,等環境變好,芽孢即萌發成了能夠繁殖的細菌。
1941-1942年,英國曾在蘇格蘭Grainard Island實驗了炭疽芽孢炸彈,佑計約4×1014個芽孢被擴散,安置於起爆點下風的羊只在幾天內死於炭疽。第二次世界大戰後的20多年中,每年皆查出活芽孢。為了消除污染,1986年英國國防部多次使用表面噴灑、鑽空注入甲醛液法,歷時一年多才洗消結束。炭疽的污染總算是消除了,可大家也可以看出,這可不是什麼好辦法。1米深的土壤全都浸透了摻著甲醛的海水,這島上將有許多年寸草不生。
日本的邪教組織奧姆真理教想利用炭疽發動細菌戰爭,空惹來世人唾駡,他們的陰謀\爲什麽未能得逞?這些邪教徒畢竟是些外行,他們只知道把炭疽芽孢桿菌弄到手,卻沒有發現,他們的細菌丟失了一個質粒。 什麽是質粒(plasmid)?質粒是細菌除了染色體外的遺傳物質,是一種較小的、環狀的DNA,能夠獨立複製,在一個細菌的細胞中,染色體只能有一個分子,而質粒卻可以有許多。在炭疽芽孢桿菌中,多了兩種與致死相關的質粒,其中一種決定炭疽芽孢桿菌可以産生莢膜。細菌有了莢膜,就可以抵抗動物身體內白細胞的吞噬。另一種決定這種細菌産生致死因素和水腫因數的兩種毒素。這可能是最厲害的細菌毒素,只要有一個分子進入細胞,就能使細胞破裂死亡。
Dixon, et al. NEJM. 1999; 341:815-26.
可這些性質畢竟是外來的,容易得來的東西,就容易失去。炭疽芽孢桿菌的兩個粒丟失了任何一個,對動物和人不會造成太大的危害。
http://intermargins.net/Headline/2001%20July-Dec/anthrax/07.htm
接下來常被人提及的生化武器,大概就算天花(Small pox)了。
歷史上有明確記載的第一次生物戰是英國殖民軍對美洲印第安人發動的。1763年,英軍駐北美總司令阿姆赫斯特(Jeffersy Amhest)指示他的部下把天花病人用過的兩條毯子和手帕送給印第安人領袖,試圖以傳播天花來征服印第安人,結果達到了在印第安人中引起天花流行的目的。
天花病毒最初出現在古埃及,後來逐漸擴散到世界各地。它屬於DNA病毒,在分類上屬於Poxviridae科,在病毒中算是體型很大的病毒,大小約200~400nm,傳染途徑是藉由飛沫傳染,患者若不慎吸入肺中,潛伏期約8至14天,會被體內巨噬的細胞吞入,而被轉帶到附近淋巴節處,在那邊病毒將開始增生,並進一步發病。
(左)拉姆西斯五世的木乃伊上還明顯的有痘疤的痕跡。(右)天花病人
患者出現的症狀包括發燒、劇烈頭痛、背痛及全身不舒服。另外,約有一半患者會出現嘔吐或丘疹(Papules),丘疹在發病後4、5天會逐漸成泡疹,進而惡化成膿疤(Pustules),紅疹及膿疤會逐漸由身體中向四肢擴散,在感染後的15天到20天可能就會有百分之三十的患者喪命,而倖存者也將落得滿臉坑洞的下場,屬於世界上傳染性最強的疾病之一。
在英國的金納(Edward Jenner)發現接種牛痘可預防天花後,全球各地大規模的接種,使得天花無適當的宿主可供繁衍,終於在1980年,聯合國世界衛生組織正式宣布天花就此絕跡。美國早在1972年就已停止接種牛痘,其他國家停止接種的時間是1980年初,而牛痘的免疫期只有10年,也就是說,全世界的,都已不再具備天花病毒免疫能力。台灣在民國四十四年後,就再也沒有天花的病例,六十八年即停止牛痘的接種政策,目前只有年齡在二十五歲以上的人,才有可能接種過牛痘,之後出生的人可能根本不知道啥是牛痘。
牛痘病毒到此好像是可以功成身退了,但因為他在人類身上施打已久,被認為是安全的,呼吸道感染,基因又大一副可以剪剪貼貼塞粉多東東的樣子,基因工程就動腦筋到它身上囉,想把經常在人類身上作怪的感染性微生物都塞一段給它,像B肝的HBsAg.....不就可畢其役於一吸........小朋友就免於挨預防針的恐懼囉~~~
生物醫學與生物武器只一心之隔
再來就是現在赫赫有名毒素類-肉毒桿菌(Clostridium botulinum),這種菌通常是存在泥土中,是一種厭氧菌。它在環境惡劣時會產生孢子,等待環境改善後再行活化生長。肉毒桿菌芽胞是抵抗力最強的芽胞,濕熱100攝氏度要滾個5小時,高壓蒸氣121攝氏度30分鐘,才能殺死芽胞。
肉毒桿菌與其芽孢
它的致病途徑主要有三種: (一)食入含肉毒桿菌毒素的食物而發病。 (二)經由傷口感染肉毒桿菌或孢子,它在人體內再產生毒素。 (三)幼兒食入含肉毒桿菌的食物,而它在腸道內產生毒素。
這三種不論是哪一種形式,都很可能讓人致命,人體腸道是無氧環境適於肉毒桿菌居住,肉毒桿菌在胃腸道內既能分解葡萄糖、麥芽糖及果糖,產酸產氣,消化分解肉渣,使之變黑,腐敗惡臭。又能產生的毒素,肉毒毒素與典型的外毒素不同,並非由生活的細菌釋放,而是在細菌細胞內產生無毒的前體毒素,等待細菌死亡自溶後游離出來,經腸道中的胰蛋白酶或細菌產生的蛋白酶激活後方始具有毒性。對酸的抵抗力特別強,胃酸溶液24小時內不能將其破壞,故可被胃腸道吸收,經淋巴和血行擴散,作用於顱腦神經核和外周神經肌肉接頭以及植物神經末梢,阻礙乙酰膽鹼釋放,影響神經衝動的傳遞,導致肌肉的鬆弛性麻痺。
小朋友喝污染的蜂蜜導致肉毒桿菌中毒的徵狀頸部無法將頭部撐起。右邊是跑題了,這是肉毒桿菌的近親破傷風桿菌引起的腳弓反張,與肉毒的麻痺相對應,他是伸屈肌同時收縮。
肉毒桿菌的潛伏期約18小時,產生的症狀包括惡心、嘔吐、視覺模糊、眼驗下垂、口齒不清、吞嚥困難、口乾、肌肉無力,如果不趕緊加以治療,最後可能導致肢體癱瘓,甚至呼吸肌肉麻痺而窒息死亡。
肉毒桿菌毒素會切斷分泌囊泡的釋放的蛋白SNARE protein,阻礙神經傳導物質的釋放,肌肉收不到神經的訊息 → 肌肉就麻痺囉~
肉毒毒素是一種神經毒素,會造成肌肉麻痺的神經毒素,一共可分為七種,我們分別用A、B、Cα、Cβ、D、E、F、G加以區別,其中只有A、B、E、F對人類有致病能力。肉毒桿菌所產生的毒素具有強大致死威力(最強的細菌毒素),毒性比KCN強一萬倍,純化結晶的肉毒毒素1mg能殺死2億只小鼠,對人的致死劑量約0、1ug。
這種東西雖然聽起來很恐怖,萬萬沒想到致命的生化武器變成美容秘方,這到底是怎麼回事?原來肉毒桿菌毒素除了拿來殺人外,只要劑量控制得宜,還可以用來除皺美容,它的治療原理,基本上是靠著與一種神經傳遞相關蛋白質SNAP-25結合,一旦結合後將使神經傳遞訊息受阻,進而阻斷神經及肌肉間的聯繫,使肌肉放鬆無法收縮,導致肌肉久而不用自然地萎縮。
左圖眼瞼痙攣( blepharospasm)病人眼皮打不開來,右圖打完肉毒毒素後眼皮就能『芝麻開門』囉~ Example of botulinum toxin treatment in a patient with essential blepharospasm. The typical spasm of the orbicularis oculi muscle with recurrent attacks of complete lid closure can be seen on the left. The picture on the right emphasizes the condition after therapy with successful \"opening\" of the eyes.
化學戰劑
一般而言,化學戰劑可分為氣體或液體,又可區分為神經性毒劑(如:沙林Sarin、索曼Soman、塔崩Tabun、Cyclohexy1、氰化物)、糜爛性毒劑(如:芥子氣、氮芥氣)、溶血性毒劑(如:AC、CK)、窒息性毒劑(如:光氣、光雙氣)、嘔吐性毒劑(如:亞當氏劑、CS)、喪能性毒劑(如:BZ)和催淚性毒劑(如:催淚瓦斯、苯氯乙酮)。
至於化學武器使用的歷史,則始於第一次世界大戰。一九一五年四月二十二日,德軍在比利時 Ypres 附近的戰場上,從六千個圓筒中釋放出氯氣,配合東北季風吹向法軍陣地,開啟了人類使用毒氣的先例。
蓖麻鹼(Ricinine),可能是情治人員暗殺時所愛好的工具之一。像70年代舊蘇聯的情報單位KGB,據聞就常以類似雨傘前端尖刺的注射裝置,以蓖麻鹼謀\殺叛逃或旅居國外的政治異議者。
那蓖麻鹼是什麼呢?其實它一種是從蓖麻(Ricinus communis L.)的種子(蓖麻子,又稱萆麻子、蓖麻仁、大麻子或紅大麻子)中所提煉出的物質。蓖麻在分類上屬於大戟科蓖麻屬植物,為台灣常見的草本植物,種子中含有蓖麻油(Ricinic oil)、蓖麻毒蛋白(Ricin)、蓖麻鹼、解脂腜、凝集素與植物凝血素等成分,其中具毒性的是蓖麻毒蛋白和蓖麻鹼這兩種。一旦不小心食用,或是被人噴灑吸入後,剛開始咽喉及食管會有灼燒感,同時會產生惡心、嘔吐、腹痛腹瀉、或是血性下痢。有的人則可能出現嗜睡,定向力喪失、痙攣、發燒、劇烈頭痛、昏迷等中樞神經系統症狀。若中毒嚴重的話,將會出現凝血、溶血及肝腎功能損害症狀,如黃疸、出血、血尿、蛋白尿等現象。最後會因胃脫水、休克、驚厥、呼吸被抑制與心力衰竭而喪失生命,死亡多發生在中毒後的6~8天。
名稱:蓖麻 Castor Bean 特徵:半灌木狀多年生草本,莖直立,粗大中空,高約6~15呎(2~5公尺);葉互生、呈掌狀(8裂最為常見)、綠色具紅色長柄,也有紅褐色或稍帶紫色的葉子或亮綠色的葉子具白柄等。四季開花;雄花淡黃色在底部,羽狀雌花鮮紅色在全花的頂部,是雌雄同株的植物;蒴果紅色圓球形有軟刺,成熟後3裂,種子多數。全株皆有毒,種子最強。 原產於熱帶非洲東部,是一種生命力強,有將其他植物排擠出生長範圍特性的植物。種子可用來搾取蓖麻子油(castor oil),作為燈油(蓖麻子的使用最早可追溯到西元前4000年古埃及文化)及藥用。種子中所含成分「蓖麻鹼Ricinine」及「蓖麻蛋白Ricin」毒性劇烈,過去常被認為是情報暗殺工具來源之一。 http://my4seasons.spaces.live.com/
日本奧姆真理教教主麻原彰晃(本名叫松本智津夫)的寶貝-沙林毒氣(Sarin),就是有名的神經性毒劑。在1995年3月20日上午八點十分左右,日本發生了一件震驚全球的事件,當時幾名日本真理教的恐怖份子,在三條駛向Kasumigaseki(霞ヶ関,在皇居和銀座附近)地鐵站的五節車廂內釋放沙林毒氣,而這是個很靠日本國會(國會議事堂)的地鐵站,附近辦公大樓林立,平日乘客往來相當頻繁,因而導致那一次的毒氣事件,總共造成12位通勤者死亡、14人終身殘廢以及五千多人受傷。
沙林既無色又無味,揮發性非常強,一旦不小心擴散,可能使周圍1.2公里內的人員死亡或受傷。它初期的症狀是四肢無力、肌肉不協調、呼吸困難,嚴重的話則可能感覺全失、在數分鐘內死亡。另外沙林也可能導致慢性中毒,讓人的中樞神經永久受損,腦部出現缺陷。然而沙林在製造上並不是太困難,因此大多數國家都有能力生產,同時沙林經過高壓處理後,能夠轉變為粉末狀的固體,一旦投入水源之中,所造成的影響更是無法想像。除了沙林外,像索曼更號稱毒氣之王,它無色且帶有水果或樟腦味,一旦接觸或吸入就會中毒,因此美國在研發神經毒劑偵測設備時,都會優先針對這兩種毒氣作防範。
糜爛性毒劑如芥子氣,在第二次世界大戰時,德軍和盟軍都曾使用過,雙方都有因為接觸到芥子氣,發生皮膚潰爛不能作戰的紀錄。後來科學家更進而發現,芥子氣會導致人體的DNA修補機制被破壞,以致於被波及者DNA一旦受傷,會因無法修復而產生突變,最後產生口腔癌、支氣管癌或是生出畸形兒等後遺症。
越戰橙劑殘毒釀成畸形兒,10年越戰禍延數代
人類永遠是戰爭的大輸家,越戰也不例外,美國和越南雙雙嘗到了惡果。儘管越戰的烽火已經平息了廿五年,然而這場被稱為歷史上最殘酷的戰爭,卻為世人遺留下極其巨大的創痛和傷痕。對美國人來說,它是一道無可磨滅的黑色傷痕,許多壯丁因而失去生命,數以百萬計的家庭破裂,即使是倖存活命的美軍,戰後的惡夢緊隨著他們,大批軍人因而自殺和自我放逐,有些也陰濕放毒劑患上癌症。而越南,十年的美越戰爭留下來的何只是彈孔,軟綿綿的白色泥土下,埋葬了無數的地雷,還有大量的化學武器橙劑(Agent Orange),直至今日,越南大量的樹林因而成為荒地、寸草不生,受污染地區的泥土泛白。
橙劑是落葉劑(Defoliant)的一種,其主要作用是讓葉子的葉綠素消失,最終導致葉子大量脫落,原是充作農業用途。問題在於為了加強效果,美軍把其所含的戴奧辛(Dioxin)份量加倍,戴奧辛被稱為「世紀之毒」,其毒性異常強烈,它會改變生物的遺傳基因導致畸形兒的出現。越南廣治省,廣治省是全越南畸形兒童最多的地區,在該省數百個大大小小的村落當中,其中的廿五條村落是畸形兒集中地,畸形兒的出生比率為五份之一。令人悲痛的是,這種痛苦將延續好幾個世代。
生物武器公約
早在一九二五年,各國已經深深的感受到化學和生物武器的殺傷力。當時的國際聯盟(現稱聯合國)在同年的六月十七日擬定草案,禁止在戰爭中使用毒氣、毒藥或其他氣體,以及細菌戰,而公約的成立,有助於進一步減低戰爭帶來的禍害。在此項公約之下,成員國一致同意放棄生化武器,不管各國發展生化武器的目的是善意還是惡意的。在一九七二年四月十日,以美國為首的西方強國、還未解體的前蘇聯和中國,締結生物武器公約(The Biological Weapons Convention),旨在禁止及銷毀所有的化學和細菌(生物)武器。在此項公約之下,所有的成員國必須停止發展、生產、儲藏以及終止化學、生物和鉛武器。
參考資料: http://www.bio.idv.tw/paper/30.htm#30
http://www.cnkang.com/yaox/jsyx/fsyw/200703/67150.html
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