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变色龙:个头越小,“舌技”越强

说到变色龙,人们首先会想到它们多变的体色,而事实上,变色龙掌握的独门绝技可不止这一种。为了把猎物吃进肚,变色龙们练就了极其迅猛的“舌技”,就像下面这样:

注意:这里展示的速度可是原速的1/50。原视频来自:Christopher Anderson

最近发表在《科学报道》(Scientific Report)上的一篇论文显示[1],一种小型变色龙吐舌头时的爆发力甚至创下了脊椎动物界的新纪录。

变色龙舌头:效果拔群的弹射弹弓

在此之前,变色龙的舌头就已经是备受瞩目的业界标杆,和蛙类的弹跳力一样,这个例子也经常被科学家们用来阐释动物强大的能量转换能力。

变色龙的舌头在可以在短短70毫秒内伸长至身体长度的2倍[2],快速而精准地将猎物拿下。而练就如此神功的秘诀,就在于它们舌头独特的结构。

变色龙的舌头内部包裹着十几层由胶原纤维交织而成的鞘套。这种伸缩性能优异的组织可在外部肌肉的牵引下变形拉长,就像一根被拉开的弹簧,将能量提前储存起来。等到时机成熟,鞘套立刻松弛,储存好的能量在数十毫秒内转化为动能,将舌头以迅雷不及掩耳之势发射出去[2]。以往在一些大型变色龙(体长超过220毫米)身上获取的统计结果表明,变色龙在捕食时,舌头的加速度最高可达486m/s2,相当于重力加速度的50倍,

为什么要利用弹弓一样的弹性组织,而不直接依赖肌肉的爆发力呢?这是因为,这种弹性结构具有放大功率的效果,它甚至能够突破肌肉能力的极限。目前已知脊椎动物肌肉功率的极限值大约是1121W/kg,这是一种名为蓝胸鹑的鸟类垂直起飞时取得的成绩,而变色龙通过“舌头弹弓”获得的瞬时功率却能达到它的三倍。

对变色龙这样的变温动物而言,舌头弹弓还有效避免了温度对肌肉表现带来的影响。2010年的一项研究[3]便发现,当温度下降10摄氏度时,变色龙舌头的出击速度及功率只会下降10~19%,而相比之下,单纯依赖肌肉收缩来实现的舌头回收动作,各项指标的下降则超过了43%。

小个头,更厉害!

这听起来很强大?别急,更厉害的还在后头。

来自布朗大学的生物力学研究者克里斯托弗·安德森(Christopher Anderson)对以往的研究数据并不满意。他在论文中指出,过去的实验因为方便观察的缘故,多会选择体长超过100毫米的变色龙,而忽略了体型较小的物种。考虑到动物界的小个子们往往运动能力拔群,人们以往或许低估了变色龙舌头真正的实力。

为了证明自己的猜想,安德森选择了来自9属20个种的55只变色龙作为实验对象,并用每秒3000帧的高速摄像头拍下了它们捕食蟋蟀的过程。这些变色龙的体长从40毫米到198毫米不等。

结果发现,无论是舌头的相对长度、最大加速度还是单位质量功率,小变色龙们都更胜一筹。其中,一种身长仅47毫米的变色龙(Rhampholeon spinosus)最为亮眼,吐舌头的加速度峰值高达2590m/s2,相当于重力加速度的264倍,换算成肌肉单位质量功率则高达14040W/kg,简直让那些大块头们“望舌兴叹”。尽管和许多昆虫还存在差距,但这些数字足以让它在脊椎动物界荣登冠军宝座。

舌技超群的小型变色龙Rhampholeon spinosus。图片来自:Christopher Anderson

不过,为什么偏偏是小型变色龙能成为“舌技”大师呢?研究者分析称,这或许和它们的进食需求有关。体型小的动物往往有着相对更高的代谢率,而更长更快的舌头使得小型变色龙能够有效地捕捉更多猎物,从而保证充足的能量供应。根据此次发现,安德森认为,在今后的相关研究当中,实验对象的体型应当成为一个着重考察的因素。(编辑:窗敲雨)

参考资料:

  1. Anderson, C. V. (2016). Off like a shot: scaling of ballistic tongue projection reveals extremely high performance in small chameleons. Scientific reports,6, 18625.
  2. de Groot, J. H., & van Leeuwen, J. L. (2004). Evidence for an elastic projection mechanism in the chameleon tongue. Proceedings of the Royal Society of London-B271(1540), 761.
  3. Anderson, C. V., & Deban, S. M. (2010). Ballistic tongue projection in chameleons maintains high performance at low temperature. Proceedings of the National Academy of Sciences107(12), 5495-5499.

PS:请大家不要多想……

The End

发布于2016-01-19, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Alulull

神经科学博士生

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