变色龙的“弹射舌头”可能启发用于清除血栓的机器人

变色龙和蝾螈的舌头弹出速度可达每秒 16 英尺。
A green chameleon on branch extending tongue to catch an insect
变色龙和蝾螈生活在不同的环境中,但都进化出了相同的弹射舌头机制。图片来源:Deposit Photos

变色龙和蝾螈那又粘又滑的舌头听起来可能不是工程项目或医学创新的绝佳灵感来源。但根据南佛罗里达大学的研究人员的说法,它们用来捕捉和吞食昆虫的生物力学机制,可以在你的血流中,甚至在外太空完成类似的壮举。

变色龙蝾螈在野外并不相遇。变色龙喜欢栖息在温暖气候下的树枝和灌木丛中,而蝾螈则多生活在潮湿、阴凉的环境中,例如腐烂的落叶和黑暗的洞穴。但作为完全不同的生态物种,这并不意味着它们没有共同之处。只要看看它们进食的样子,你就能发现惊人的相似之处。

南佛罗里达大学生物学家曾宇(Yu Zeng)在声明中说:“它们进化出了相同的身体结构来高速弹出舌头。“令人惊讶的是,它们使用与其他脊椎动物相同的普通组织、肌腱和骨骼来实现这一点。”

多年来,曾宇一直专注于将昆虫飞行力学应用于技术的方法。但最近,他对那些用舌头捕食昆虫的动物产生了兴趣。曾宇与美国南佛罗里达大学的动物生理学专家斯蒂芬·德班(Stephen Deban)合作,共同开展一项跨学科项目,旨在更好地理解这些特殊爬行动物和两栖动物独特舌头的奥秘。

这项研究成果于 9 月 8 日发表在《Current Biology》杂志上,分析了十多年来关于蝾螈和变色龙舌头利用情况的视频记录。曾宇和德班的工作是首次对这两个物种进行并排比较,并表明这些动物惊人地共享着一个“统一的力学模型”。

他们发现,变色龙和蝾螈都像弹弓一样使用这种“弹道舌”。在发现猎物并瞄准后,这些动物会挤压口腔内的肌肉,以推动舌头内部锥形的骨质杆。每个物种都能以每秒 16 英尺的速度弹出舌头。

该研究的作者在研究中解释说:“这种设计将肌肉动作与骨骼运动分离开来”,并补充说,30 倍的体型差异代表了“脊椎动物运动中最有效的能量传递”。

研究人员认为,这种共享的生物力学机制可以提供一个可扩展的蓝图,使用软质或柔性材料应用于各种领域。

德班说:“大自然已经解决了这些问题,现在我们正在学习如何将这些解决方案应用到我们身上。”

德班和曾宇表示,他们已经在与工程师们讨论生物医学应用,包括配备人造弹道舌的微型设备,用于清除血栓。同样的潜在原理也可以用于在灾区中检索难以到达的目标,或者甚至可以抓取绕地球运行的越来越多太空垃圾

德班说:“在多年专注于研究这些动物的生物学之后,能够有一个关于这些令人惊叹的舌头的统一叙述,以及潜在的工程应用,这令人欣慰。”

 

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