青蛙吃東西是怎么咽的？用眼珠子推！

編者按：

理綜考試結束后，有一道物理題上了熱搜，帶火了一只在平面直角坐標系上捉蟲子的小青蛙。經網友描述，這道題目中，青蛙和蟲子分別在坐標系中運動，當青蛙和蟲子相交的時候，青蛙才能吃到蟲子。

No No No，你們出題人可太小看青蛙了。青蛙要想吃到蟲子，才不需要和蟲子相交，它的舌頭可不是白長的！

捕獲?。黂achael Lallensack / Science

幾年前，剛剛在喬治亞理工學院開始攻讀博士的亞歷克西斯·諾埃爾（Alexis Noel）向一堂解剖課的學生們提出了一個奇怪的請求：等他們把青蛙分割完畢之后，能不能把舌頭都讓給她？學生們答應了。

諾埃爾在實驗室里抱著一只蟾蜍｜Alexis Noel

出動！超強捕食舌！

諾埃爾從小就喜歡蛙類。長大后加入胡立德（David Hu）的生物力學實驗室之后，她迫不及待地對蛙類展開了研究。

胡立德也對這個課題很感興趣。他不久前參觀亞特蘭大植物園，看見了一群色彩斑斕的箭毒蛙進食的樣子。他在這些蛙類的動作中看到了一個物理學的奇跡：當它們向昆蟲彈出黏黏的舌頭，其速度和精度都令人稱奇。

他后來用高速攝像機拍攝了一只豹紋蛙，發(fā)現它在不到0.07秒的時間里就能捕獲昆蟲——這比人類一眨眼的速度還快了五倍。當它的舌頭擊中獵物，其加速度是重力的12倍。然而不知怎的，獵物卻沒有被打飛，而是粘在了舌頭上。

巨人葉蛙（Phyllomedusa bicolor）捕食的瞬間｜Ed Yong / Youtube

你可以試著設計一種濕潤的材料，讓它以高速擊中一個紋理粗糙的物體并附著在上面。你是設計不出來的。沒人做出來過。然而蛙類每次捕食都在展現這項技藝。人類從19世紀就開始研究蛙類的舌頭，但直到現在也沒弄懂它們?yōu)槭裁催@么黏。

為什么會這么黏？

為了解答這個問題，諾埃爾從解剖課堂上收集了許多條蛙舌。然后她遵照博物學家的偉大傳統(tǒng)，用手指把它們都捅了捅。那柔軟的觸感令她和胡立德都十分驚訝?！八鼈兙拖袷莾和婢唣ね粒╯illy putty），摸上去的時候，你簡直分不清那是固體還是液體，”胡立德說道，“它們的黏性也很大，就像剛剛嚼過的口香糖，或是粘在手上擺脫不掉的棉花糖?！?/p>

隨后，諾埃爾帶著一袋子血淋淋的蛙舌、還有從學校的尸體農場收集來的人類舌頭，走進了一間材料檢測實驗室。通過將一個圓柱體緩緩壓入這些切下的器官，她證明了人類的舌頭比蛙舌堅硬十倍。

不僅如此，有些蛙類物種的舌頭，在人類測量過的所有生物材料中都屬于最軟的一類。胡立德說：“它們就跟人類的腦子一樣柔軟——但人腦可不會彈出來捕捉獵物?！币驗槿彳?，蛙舌在擊中昆蟲時能將它裹住，制造最大的接觸面?？的腋翊髮W的庫爾特·施文克（Kurt Schwenk）還指出：“蛙舌本身的慣性使它能在彈出的過程中顯著伸長，這增加了蛙類的捕食距離，也提高了它們突襲昆蟲的本領?！?/p>

蛙類的舌頭還內置了避震器——其中的一些脂肪和肌肉能在撞擊時緩沖部分能量。這些避震器在蛙舌回收時發(fā)揮作用：昆蟲雖然承受了很大的力，卻并不會脫落?！斑@舌頭就像蹦床加一副棒球手套——它會伸縮，但也會抓住你”，胡立德說。

蛙舌的拉伸實驗｜Ed Yong / Youtube

“我們知道，豹紋蛙會捕食許多種昆蟲、蚯蚓和其他無脊椎動物，”克萊蒙特學院的詹娜·蒙魯瓦（Jenna Monroy）說道，“它們可能會根據獵物的不同體型來發(fā)動舌部肌肉，以調節(jié)舌頭接觸獵物時的硬度和阻尼，從而確保成功捕到獵物?！?/p>

“不過這塊軟組織只是成功的一半”，諾埃爾說。另一半是蛙類的唾液。

她和同事花了許多時間和力氣，從收集到的蛙舌上刮下唾液。“這些唾液很黏，每次刮完，你都要再把它們從刮刀上刮下來，”胡立德說，“辛苦半小時，才能收集半毫升。這真像是一件稀世珍寶。”

再次捕獲?。麯avid Shultz / Science

諾埃爾說：“以前人們都覺得蛙類的唾液只是黏稠而已。”但是經過仔細研究，她卻發(fā)現這些唾液是一種非牛頓流體——這類液體的性質會隨著施加于其上的力而改變。比如蜂蜜會在攪拌下從固體變成液體，玉米淀粉和水的混合物會在敲打下變成固態(tài)，番茄醬會因為瓶子的搖晃而變得更易流動。唾液就像番茄醬：外部力量會降低它的黏滯性。但同樣受到外力，人類唾液的黏滯性會下降到約1/10，蛙類唾液的黏滯性卻要下降到1/100左右。

于是，當蛙類的舌頭擊中昆蟲，上面的唾液就開始自由流動，并輕易滲入昆蟲體表的每一道縫隙和開口。而當舌頭放慢速度并往回收縮，唾液就重新凝結成黏糊狀，相當于是攥緊一只拳頭，把昆蟲抓了回來。

要是舌頭把食物黏住了怎么辦？

“這項分析能用來解釋我們觀察到的許多奇妙現象，比如蛙類為什么要用眼球的后半部分將獵物推進喉嚨?！?/p>

北亞利桑那大學的西川綺紗（Kiisa Nishikawa）說道：一旦將昆蟲吞進嘴里，蛙就必須把它從舌頭上弄下來。幸好它的黏液把戲都只在垂直方向上最見效；要把昆蟲從舌頭上扯掉很難，要把它們撬開就比較容易了。蛙只需要用什么東西把昆蟲推一下就行——于是它就用了自己的眼球。十二年前，羅伯特·萊文（Robert Levine）用X光錄像顯示了蛙在吞咽時會將眼球向內收縮，并用眼球將昆蟲從舌頭上推下去。

角蛙用眼球幫助吞咽獵物｜Ed Yong / Youtube

黏性動物就是材料學的繆斯啊！

對黏性動物的許多研究都造成了新材料的問世。壁虎的爬墻功力引出了干黏合劑的研發(fā)；貽貝的足絲（將它們與巖石固定的黏性纖維網）啟發(fā)了一種能在水下使用的黏膠；蠕蟲啟發(fā)了一種性能更好的醫(yī)用膠帶的發(fā)明，還有一種不會滲血的膠水，不用縫線就能補好傷口。

誰又知道蛙的舌頭會引出什么發(fā)明呢？“想象一種縫線，快速縫合后會立即硬化。”胡立德說，“或者快速撕下時反而不會很痛的創(chuàng)可貼?！?/p>

“我們?yōu)槭裁匆谝膺@些東西？”研究動物力學的西川說，“因為來自生物學的啟迪能解決實際的人類問題。蛙類的舌頭看似冷門，但是不要忘了，抗生素也是從面包霉菌里來的?！?/p>

研究著研究著就想吸口貓?。麶ENNIFER VIEGAS / Reader's digest

現在，諾埃爾又將目光轉向了貓的舌頭。它們的表面分布著一層微小的脊刺。諾埃爾想知道，這樣的結構是為了方便給自己梳毛、把肉從骨頭上剔下來、還是有什么別的用途?！拔已芯康募扔屑邑?、又有老虎的舌頭，”她說，“貓和蛙都是我很喜歡的動物，也都是我目前的研究對象。這真是美好的人生?！?/p>

作者：Ed Yond

翻譯：紅豬

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