苏澄宇，动物科学 / 冷门问题收割者/看心情更新 阅读原文 说起青蛙捕食，你的脑海中一定会浮现出这样的场景：一只青蛙伸出长长的舌头，以迅雷不及掩耳之势，粘住在空中扑腾的苍蝇，然后快速收回口中。 （图片来源：gizmodo.com） 哪怕没有亲眼看到过，但你应该很熟悉这个过程，因为这个场景被多次用来做成科普插画、小游戏、动画场景等等。当然，还有各种搞笑视频。 研究青蛙舌头的灵感，就来源于一则搞笑视频。 有一天，就职于佐治亚理工学院的生物物理学家 Alexis C. Noel（以下简称诺埃尔）正在网上冲浪，刷到了这么一个视频： 视频动图（图片来源：ThumbPress） 这个视频很火，起码在 2011 年的时候是爆款，播放量在油管上达到了 1300w。短短的 26 秒中，一只青蛙正在吐舌头攻击手机屏幕里的蚂蚁，想要吃掉它们…… 一个想法在诺埃尔的脑海中一闪而过：青蛙是怎么迅速地用舌头粘住虫子的？她觉得这是一个值得研究的问题。 于是诺埃尔做的第一件事，就是跑到亚特兰大动物园，用高速摄影机拍下各种青蛙捕食虫子的视频。这个倒霉的虫子正是蟋蟀。 （图片来源：文献 1） 通过对视频进行分析，她发现，一只青蛙在 0.07 秒内就可以捉到一只蟋蟀。换句话说，如果你眨眼需要 0.2 秒，那么在你眨眼之间，它就可以捉 3 只蟋蟀了。 （图片来源：文献 1） 青蛙用来捕食的舌头不仅速度快，力量也大。在这短短的一瞬间里，舌头的加速度能达到重力加速度的 12 倍。也就是说，一只小小的蟋蟀在被青蛙舌头攻击到的一瞬间，就像被一元硬币砸到了。 蟋蟀重量也就 0.7 克左右，而一个硬币大约是 5 克，如果你是那只蟋蟀，你感受到的力相当于被几个两百斤的胖子压在身上。 大家一定很好奇，用手摸青蛙粘糊糊的舌头是什么感觉，诺埃尔也很好奇。于是，她用手去测试了一下，嗯，果然很粘。 （图片来源：文献 1） 具体什么感受，诺埃尔是这么说的：摸起来就像棉花糖或嚼过的口香糖。 青蛙的舌头粘不是因为舌头本身，而是因为舌头上粘液腺分泌的、像水凝胶一样粘附着的唾液。所以诺埃尔和同事从各种青蛙和蟾蜍的嘴中弄下来粘糊糊的唾液，作为实验样本进行测试。这些唾液的厚度是人类唾液的 7 倍，最厚达到了 0.7mm。 右侧是青蛙唾液，左侧是一个参考物（图片来源：文献 1）a 为了进一步分析，诺埃尔从大学生物课上解剖过的青蛙嘴里，把舌头弄出来，然后一点点地用勺子慢慢地刮唾液。光是弄唾液这件事，就花了好几个小时…… （图片来源：文献 1） 然后把这些唾液放到椎板流变仪（一种测试液体粘度的仪器）上测试，结果显示这些粘液的粘度达到了 70pa/s。你可能对这个数值不太敏感，换算一下，它代表着青蛙唾液粘度是人类的 50000 倍。是不是感觉很恐怖…… （图片来源：文献 1） 但其实，青蛙唾液只有在某种情况下才这么粘，其他时候粘度则不太高。为什么会这样？ 因为这些唾液兼具了流体和固体的性质。你也许听过这么一个概念——非牛顿流体。简言之，流得越快，粘性就越低。对的，青蛙的口水也是非牛顿流体。 在青蛙吐出舌头，碰到蟋蟀的时候，唾液的粘性会降低 100 倍，然后口水会完全包裹住蟋蟀，进入其每一个缝隙。 当青蛙舌头开始往回拉的时候，相对而言，收回的速度比伸出去的速度慢了不少。这时候，粘液变得非常粘稠，蟋蟀就被完全粘在了舌头上。 这种感觉就像你在刷墙一样，如果刷墙的速度很快，会感觉很顺畅，但如果慢到一定程度，就会有一种粘糊糊的感觉。 问题来了，既然唾液这么粘，青蛙是怎么把它吞下去的呢？ 答案是——用眼珠子来帮助吞咽。科学家用 X 光机观察青蛙的吞咽场景，发现当蟋蟀进入了青蛙口中，青蛙必须把蟋蟀松开。 青蛙吞咽蟋蟀前（图片来源：文献 2） 青蛙吞咽蟋蟀后，注意眼珠子的位置变化（图片来源：文献 2） 这时候，青蛙的眼珠子会往回缩，通过眼部肌肉带动紧密相连的口腔肌肉，把食物推进去，来帮助吞咽。这就是青蛙用舌头捕食的秘密。 为什么要研究这么一个“无聊”的东西？ 青蛙利用口水捕食，看起来是个很无聊的研究，不过说到这，就得提到诺埃尔的导师胡立德，他本身就是一个做无聊研究的教授，比如哺乳动物尿尿都是 21 秒……甚至他还得过搞笑诺贝尔奖。有人问他，搞这些研究不是浪费经费吗？他回应：我就是这个国家最浪费的科学家！当然也只是调侃而已。 回到青蛙捕食的问题，这个研究最有可能用到的地方就是研究出一种高速粘接的可逆胶水，即可以通过控制速度达到不同粘性的胶水，在需要粘东西的时候跟 502 胶一样，而在需要脱落的时候能马上失去粘性。 有的科学研究做出来就能发挥价值，叫应用科学；有的科学研究可能要十年甚至几十年后才能发挥价值，叫基础科学。研究青蛙的舌头属于后者，这也就是研究“无聊”科学的意义。 参考文献： [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. 阅读原文
