青蛙用弹性的舌头和可逆的唾液捕捉猎物

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一只青蛙正在进食 Alexis Noel

想象一下,如果你有一条又长又粘的青蛙舌头,你可以做多少事情。也许你可以抓住试图逃跑的坏人,或者——同样值得称赞的是——在不转移你看比赛的注意力的情况下,从冰箱里拿一瓶啤酒。

无论你的两栖动物的抱负采取何种形式,它们都比以往任何时候都更接近现实,这要归功于《皇家学会界面杂志》上的一篇新论文,该论文剖析了青蛙嘴巴神秘的生物力学。

触摸青蛙的舌头,感觉很像口香糖。当你把手指往后拉时,你和青蛙之间的粘连并不会断开。相反,舌头会随着你一起移动——至少在片刻之间是这样。

首席作者 Alexis Noel 表示,这项新研究揭示了粘性的部分原因在于青蛙舌头的结构……以及它与唾液的一切关系。

当青蛙的舌头第一次接触到猎物时,这个附属肢体会伸展,缠绕在昆虫的身体周围。“如果你想象舌头像人类的舌头一样僵硬,你就无法获得太多覆盖,”Noel 说,你甚至可能会把食物推得更远。

但青蛙的舌头是“已知最柔软的生物组织之一,”她说,类似于大脑组织的柔软度,并且比人类的舌头柔软十倍。所以舌头就像“汽车上的减震器”,以恰到好处的力度击打猎物。

这就是唾液发挥作用的地方。当唾液第一次接触到昆虫时,它会变得非常水状,从而能够填满昆虫身体的缝隙。“青蛙覆盖的范围越大,它抓住晚餐的力度就越紧——有点像四分卫的手越大,接球越稳。”

当青蛙将食物拉回嘴里时,它的唾液会变得更粘——用 Noel 的话来说,“比蜂蜜还粘稠”——确保昆虫留在嘴里。“如果你相信的话,这是一种可逆的粘合剂,”她说。

根据这项研究,青蛙唾液粘度的这种变化与唾液流动的速度有关。这使得青蛙的唾液与油漆等合成材料一起,被归类为“剪切稀化”或“非牛顿”流体。在一桶里,油漆又稀又湿,可以涂到墙上。一旦涂到墙上,即使仍然是湿的,它也不会流下来,因为流体实际上已经变稠了。

为了进行这些分析,Noel 和她的团队采取了多管齐下的方法。他们拍摄了数十只青蛙的慢动作视频,并分析了它们进食的力学原理。Noel 还刮了 17 只青蛙的舌头,以获得足够大的唾液样本,并在显微镜下进行探测。(她称刮唾液的那段时光“很可爱”。)他们还将他们的工作与其他关于青蛙和变色龙嘴巴的研究进行了比较。

研究还显示了青蛙实际上是如何能够吞咽食物的:为了产生使它们粘稠的唾液再次变水的速度,它们会把眼球往后推,推到头里,推到舌头上。这种快速的眼球弹出迫使唾液放松其抓握力,并将那只注定要完的虫子滑进喉咙。

Noel 希望她的研究能够带来新技术。她个人希望能有一种“青蛙直升机”,可以在办公室里飞来飞去,捡起 USB 驱动器和其他必需品。实际上,她认为她的工作可能会侧重于设计先进的粘合剂。

“比如说,你在传送带上捡起微芯片,”Noel 说。“你可以利用这种非常柔软的粘合机制,快速、无损地抓住这些物体。”唯一的问题是什么?你的微芯片可能还会带点唾液。

 

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Eleanor Cummins

撰稿人

埃莉诺·卡明斯是一位自由科学记者,撰写关于死亡、灾难和保龄球的文章。在 2017 年至 2019 年期间,她在《大众科学》杂志工作,从实习生一路晋升为助理编辑。她是纽约大学科学、健康和环境报道项目的兼职教授。


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