說起青蛙捕食,你的腦海中一定會浮現(xiàn)出這樣的場景:一只青蛙伸出長長的舌頭,以迅雷不及掩耳之勢,粘住在空中撲騰的蒼蠅,然后快速收回口中。
圖片來源:gizmodo.com
哪怕沒有親眼看到過,但你應(yīng)該很熟悉這個過程,因為這個場景被多次用來做成科普插畫、小游戲、動畫場景等等。
當然,還有各種搞笑視頻。
研究青蛙舌頭的靈感,就來源于一則搞笑視頻
有一天,就職于佐治亞理工學院的生物物理學家Alexis C. Noel(以下簡稱諾埃爾)正在網(wǎng)上沖浪,刷到了這么一個視頻:
視頻動圖(圖片來源:ThumbPress)
這個視頻很火,起碼在2011年的時候是爆款,播放量在油管上達到了1300w。短短的26秒中,一只青蛙正在吐舌頭攻擊手機屏幕里的螞蟻,想要吃掉它們……
一個想法在諾埃爾的腦海中一閃而過:青蛙是怎么迅速地用舌頭粘住蟲子的?她覺得這是一個值得研究的問題。
于是諾埃爾做的第一件事,就是跑到亞特蘭大動物園,用高速攝影機拍下各種青蛙捕食蟲子的視頻。這個倒霉的蟲子正是蟋蟀。
圖片來源:文獻1
通過對視頻進行分析,她發(fā)現(xiàn),一只青蛙在0.07秒內(nèi)就可以捉到一只蟋蟀。換句話說,如果你眨眼需要0.2秒,那么在你眨眼之間,它就可以捉3只蟋蟀了。
圖片來源:文獻1
青蛙用來捕食的舌頭不僅速度快,力量也大。在這短短的一瞬間里,舌頭的加速度能達到重力加速度的12倍。也就是說,一只小小的蟋蟀在被青蛙舌頭攻擊到的一瞬間,就像被一元硬幣砸到了。
蟋蟀重量也就0.7克左右,而一個硬幣大約是5克,如果你是那只蟋蟀,你感受到的力相當于被幾個兩百斤的胖子壓在身上。
粘糊糊的青蛙舌頭,神奇在哪里?
大家一定很好奇,用手摸青蛙粘糊糊的舌頭是什么感覺,諾埃爾也很好奇。于是,她用手去測試了一下,嗯,果然很粘。
圖片來源:文獻1
具體什么感受,諾埃爾是這么說的:摸起來就像棉花糖或嚼過的口香糖。
青蛙的舌頭粘不是因為舌頭本身,而是因為舌頭上粘液腺分泌的、像水凝膠一樣粘附著的唾液。所以諾埃爾和同事從各種青蛙和蟾蜍的嘴中弄下來粘糊糊的唾液,作為實驗樣本進行測試。這些唾液的厚度是人類唾液的7倍,最厚達到了0.7mm。
右側(cè)是青蛙唾液,左側(cè)是一個參考物(圖片來源:文獻1)
為了進一步分析,諾埃爾從大學生物課上解剖過的青蛙嘴里,把舌頭弄出來,然后一點點地用勺子慢慢地刮唾液。光是弄唾液這件事,就花了好幾個小時……
圖片來源:文獻1
然后把這些唾液放到椎板流變儀(一種測試液體粘度的儀器)上測試,結(jié)果顯示這些粘液的粘度達到了70pa/s。**你可能對這個數(shù)值不太敏感,換算一下,它代表著青蛙唾液粘度是人類的50000倍。**是不是感覺很恐怖……
圖片來源:文獻1
青蛙口水的粘度,還會變來變?nèi)?/strong>
但其實,青蛙唾液只有在某種情況下才這么粘,其他時候粘度則不太高。為什么會這樣?
因為這些唾液兼具了流體和固體的性質(zhì)。你也許聽過這么一個概念——非牛頓流體。簡言之,流得越快,粘性就越低。對的,青蛙的口水也是非牛頓流體。
在青蛙吐出舌頭,碰到蟋蟀的時候,唾液的粘性會降低100倍,然后口水會完全包裹住蟋蟀,進入其每一個縫隙。
當青蛙舌頭開始往回拉的時候,相對而言,收回的速度比伸出去的速度慢了不少。這時候,粘液變得非常粘稠,蟋蟀就被完全粘在了舌頭上。
這種感覺就像你在刷墻一樣,如果刷墻的速度很快,會感覺很順暢,但如果慢到一定程度,就會有一種粘糊糊的感覺。
問題來了,既然唾液這么粘,青蛙是怎么把它吞下去的呢?
**答案是——用眼珠子來幫助吞咽。**科學家用X光機觀察青蛙的吞咽場景,發(fā)現(xiàn)當蟋蟀進入了青蛙口中,青蛙必須把蟋蟀松開。
青蛙吞咽蟋蟀前(圖片來源:文獻2)
青蛙吞咽蟋蟀后,注意眼珠子的位置變化(圖片來源:文獻2)
這時候,青蛙的眼珠子會往回縮,通過眼部肌肉帶動緊密相連的口腔肌肉,把食物推進去,來幫助吞咽。這就是青蛙用舌頭捕食的秘密。
為什么我們要研究這么一個“無聊”的東西?
青蛙利用口水捕食,看起來是個很無聊的研究,不過說到這,就得提到諾埃爾的導師胡立德,他本身就是一個做無聊研究的教授,比如哺乳動物尿尿都是12秒……甚至他還得過搞笑諾貝爾獎。有人問他,搞這些研究不是浪費經(jīng)費嗎?他回應(yīng):我就是這個國家最浪費的科學家!當然也只是調(diào)侃而已。
回到青蛙捕食的問題,這個研究最有可能用到的地方就是研究出一種高速粘接的可逆膠水,即可以通過控制速度達到不同粘性的膠水,在需要粘東西的時候跟502膠一樣,而在需要脫落的時候能馬上失去粘性。
有的科學研究做出來就能發(fā)揮價值,叫應(yīng)用科學;有的科學研究可能要十年甚至幾十年后才能發(fā)揮價值,叫基礎(chǔ)科學。研究青蛙的舌頭屬于后者,這也就是研究“無聊”科學的意義。
參考文獻:
[1] Noel A C, Guo H Y, Mandica M, et al. Frogs use a viscoelastic tongue and non-Newtonian saliva to catch prey[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2017, 14(127): 20160764.
[2] Hammerman DL. 1969The frog tongue: I. General development and histogenesis of filiform papillae and mucous glands in Rana catesbeiana. Acta Zool. 50, 11–23.