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0.4秒内,变大大大大大1万倍

www.creaders.net | 2022-10-01 11:39:49  环球科学 | 0条评论 | 查看/发表评论

图片来源:Museum of New Zealand Te Papa Tongarewa via YouTube

不仅不被吃掉,还可能把捕食者反杀,它究竟是怎么做到的?

新西兰大堡礁岛附近的大海深处,一条鲨鱼慢慢靠近它选中的猎物——那是一只形似鳗鱼的生物,但没有眼睛,似乎对凶猛的捕食者毫无防备。鲨鱼游到合适的位置,抓准时机一口咬了下去。

假如咬到的是寻常猎物,鲨鱼或许已经迎来了美好的用餐时间。但很显然,它咬住猎物之后立刻就松了口,好像身体不适,摇着头往远处游去。此时,“烫嘴”的猎物也重获自由。

这种动物叫做盲鳗(Myxinidae),名字里有个“鳗”字,但并不是鳗鱼。它最特别的技能,大概就是遭遇袭击的时候,可以在0.4秒内释放出大量黏液,充满捕食者的嘴和鳃,让对方难以呼吸。这样一来,鲨鱼就算再舍不得,也只能把猎物放生。

没找到食物倒也罢了,鲨鱼还可能因为窒息而丢掉性命。捕食盲鳗或许是它一生中最错误的决定,但后悔也来不及了。不光是鲨鱼,许多企图吃掉盲鳗的鱼类都无法得逞,它们用鳃呼吸,就有被黏液窒息的风险。

毕竟,盲鳗不用半秒,就能让黏液扩张到原本体积的上万倍。不少科学家想要知道,这极富杀伤力的黏液攻击究竟是怎样实现的。后来,研究者们渐渐发现,触发攻击的并不是盲鳗自己,而是周围的水。

图片来源:Museum of New Zealand Te Papa Tongarewa via YouTube

不要搅动那里的水

一只盲鳗身上,大约有100个黏液腺(slime gland)负责释放黏液。起初,它们分泌的黏液可能不到5毫升,连小小的一个茶匙都盛不满。但在受到攻击的0.4秒过后,几毫升的黏液就可以变成满满一桶史莱姆,比原来的体积扩大了约10000倍。

2017年,一辆卡车载着13箱共数千只盲鳗,在美国俄勒冈州的高速公路上发生了事故。有新闻报道说,当时卡车司机为避开施工区而猛踩刹车,结果一箱盲鳗飞出,撞上了对向驶来的一辆小轿车,又导致4辆车相撞,一位司机轻伤(和大部分盲鳗死亡)。许多盲鳗和黏液洒在路上,随后的几小时交通状况一片混乱,相关部门不得不用推土机和高压水枪来清理现场。

被盲鳗袭击的汽车(图片来源:Oregon State Police)

当生存遇到压力时,盲鳗会产生大量的黏液,人们对这个现象可能并不陌生。不过对盲鳗来说,“压力”究竟是指怎样一种状况,又为什么能让黏液急剧扩张?

回答这个问题之前,我们先要知道盲鳗制造的是怎样的黏液。这种可以迅速变大一万倍来打击敌人的黏液中,除了水和黏液素等常规成分之外,还有一种十分关键的要素——纤维。

端丝细胞制造的线团(图片来源:Winegard et al, 2014)

这些纤维是由盲鳗黏液腺里的端丝细胞(gland thread cell)制造的,又细又长。平时,这些细丝成捆存在,就像一团一团精心缠好的纱线。而一旦盲鳗被捕食者攻击,或者感觉到周遭的威胁,线团会在毫秒级的时间里解散开来。当然,无事发生的时候,线团们也会悄悄地松动,只是速度要慢许多。

线团飞速崩解的过程,很可能就是盲鳗黏液猛然扩张的秘诀。那么,当盲鳗遇险时,应该是出现了某种形式的外力,把不计其数的线团拉开,帮助史莱姆瞬间变大。

威斯康星大学麦迪逊分校的数学教授让-吕克·蒂弗(Jean-Luc Thiffeault)说,曾经有科学家试过把盲鳗的线团放进盐水里,在没有外力的情况下,等一个线团松开需要数小时。但当人们开始在水里不停地搅拌,线团松动的进程明显加快了。

蒂弗教授相信,就是这波搅拌操作触发了盲鳗的技能,但还要用数学模型来验证——看水中涌起波澜时,线团受到的力是否足以让它立刻解捆,换句话说,如果仅靠这一种原理,盲鳗能否在短时间内释放出巨大的史莱姆。

但在开始建模之前,蒂弗教授的两位研究伙伴,伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)机械工程系的兰迪·埃沃尔特(Randy Ewoldt)教授和他的学生高拉夫·乔杜里(Gaurav Chaudhary),要用显微镜观察一个线团解捆的过程。在此基础上搭建数学模型,可能会更得心应手。

两股力量的拉扯

通常来说,哪怕一卷纤维缠绕得再紧密再有序,它也会有个散漫的线头。只要用力拉动线头,就很容易破坏线团。

于是,乔杜里和埃沃尔特做了一项小实验。他们从大西洋盲鳗身上取下一个线团,并(利用线团和底物之间微弱的作用力)把它固定在一处。然后,科学家用一根注射器的尖端,黏住线团末端松散的线头。当注射器朝远方移动,线头会跟着它走,随之拽出更多的纤维,让线团逐渐散开。

线团解开的过程(图片来源:原论文)

一开始飘在外面的那一小段纤维,和被它解放出来的下一段纤维,就是科学家建模时关注的焦点。蒂弗教授说,这跟胶带差不多:我们用胶带的时候,得先找到它的末端在哪,然后用指甲抠开,但如果胶带末端已经“放飞自我”,就可以直接开撕了。

蓝为最初在外面自由活动的一段线,红为被扯出的一段线(图片来源:原论文)

纤维作为盲鳗黏液的一部分,被黏乎乎的流体围绕着。当周遭的水被搅乱的时候,那些黏性流体会给在外游荡的线头提供拉力,从线团里扯出更多的纤维,就像我们手撕胶带一样。与此同时,正在瓦解的线团也会制造阻力,阻挠纤维离开自己。

那么,这两股力量一定要足够悬殊,才能让线团顺利解散,释放出巨大的史莱姆。科学家说,两股力的比值要达到一个临界点。他们根据数学模型得出的结论是,当盲鳗在平静的水里自由活动时,这个临界点很难达到;想触发爆炸性的黏液技能,还是需要盲鳗被什么东西困住,比如有鲨鱼咬它一口(或者遇上车祸)。

不过,蒂弗教授大概也意识到,盲鳗未必懂得计算力的大小。他还补充了几句:“生物学不用那么精确的。实际情况会很混乱,可能一个线头被抓住又跑了又被抓。不过,只要足够多的线团都发生这样的事情,大史莱姆基本上就有了。”

看到这里,机智的你或许会产生疑问:迅速变大的黏液如此好用,盲鳗自己就不会被伤害吗?

给身体打个结就好

盲鳗的黏液,是极度柔软的材料,就连果冻的硬度都比它高出10000-100000倍。它的主要成分是水,假如人类只用肉眼观察,未必能看出水里有史莱姆,有时要把手伸进去再捞上来,才发现拎起了一大片像鼻涕一样的东西。

图片来源:University of Manchester Media Relations via YouTube

这样的黏液,很适合钻进各种狭小的孔隙,堵住一些鱼类的鳃自然也不在话下。问题就在于,打击敌人的同时,盲鳗自己要如何从大型史莱姆的魔掌之中全身而退?

答案很巧妙:它们利用自己灵活的带状身躯打一个结,再从中丝滑地穿过,如此便可轻松脱身,避免落得窒息的窘境。

图片来源:Böni et al, 2016

2016年,一组来自瑞士的科学家研究了其中的原理。盲鳗的黏液是非牛顿流体,流动性(或黏性)会随着受力的不同而改变,有时会更像固体,有时会更像液体。如果受到拉伸的力,盲鳗黏液的黏性会增强;而如果受到剪切力,黏液的各层流动的速度不一,黏性就会下降。

盲鳗给身体打结,就是在剪切黏液,降低它的黏性,给自己制造逃脱的机会。

图片来源:Böni et al, 2016

不过,就算能摆脱黏液的控制,被鲨鱼咬过一口的盲鳗还能活下来吗?事实证明它可以,而科学家认为它们得以幸存的关键在于,盲鳗的身体非常松散,就像穿了一件很大的睡衣,里面空间充足,皮肤与肌肉的连接也很少。如果被鲨鱼咬了某一处,它只要搬到“大睡衣”里的其余空间,就又能继续生存了。

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