绞杀猎物的蛇,用力太猛会绞死自己吗?

  它修长的身体,不只是用来缠绞猎物而已,还可以提供灵活的呼吸技巧。

  撰文 | 栗子

  审校 | clefable

  不是所有的蛇,都靠毒液来制服猎物。

  对于一些无毒的蛇类,如蟒蛇和蚺蛇,大自然赐予了它们更加残酷的杀戮方式:用牙咬住猎物之后,把自己粗壮的身躯,一圈一圈紧紧缠绕在猎物身上。此时,猎物的身体承受的巨大压强,就像一辆汽车压在胸膛,数秒之间便取走它的性命。

  那只动物并不是死于窒息,窒息也很难实现这样高的效率。真正的原因是压力阻断了血流,从而使动物体内的重要器官如心脏、肝脏、脑部等等,在极短的时间内失去供氧、停止工作,生命也就无可挽回地走向终结。

  有了大力绞杀技能,蛇可以征服比自己直径大得多的猎物。而在那之后,蛇不将肉分成小块,就能把猎物整个吞进体内。这也是大自然的设计决定的:蛇的嘴后部有两块小小的方骨,帮它们张大嘴巴,上颌下颌间夹角可达150°左右;而下颌又分成两个部位,帮蛇横向扩展嘴巴的宽度。

  不过,在感叹这些演化奇观的同时,科学家们依然有些不太理解的问题:缠绕猎物需要的压力那么大,为什么没有让蛇自身发生窒息?吞食大型猎物的时候,蛇的身体也要遭受严重的挤压,它为什么可以不被噎死?

  呼吸这种事,还能轮班

  蛇和人类一样,都是用肺呼吸。不过,二者之间有一个明显的区别。

  我们身为哺乳动物,有一层重要的骨骼肌薄膜,就是横膈膜。当横膈膜收缩的时候,胸腔会扩大,肺部的压强变小,气体被吸入肺里;当横膈膜放松下来,肺部和胸壁的弹性又能把气体排出体外。而人类怀孕时,日渐长大的胎儿挤压了母亲的横膈膜,影响到它的正常伸缩,让每次吸入的空气变少,因此母体有时会出现呼吸困难的状况。

  相比之下,蛇并没有横膈膜,完全是依靠肋骨的运动来呼吸。人类只有24条肋骨,而蛇浑身上下有数百条肋骨,只有尾部没有。

  美国布朗大学的科学家领衔的研究团队,最近发表的一项研究认为,蛇能够精确控制自己的肋骨,在身体受到挤压的时候,灵活调整各个部位的肋骨上班下班,井然有序地避免窒息。

  一条蛇的骨架(图片来源:dbking via wikimedia commons

  科学家们观察的蛇叫红尾蚺(boa constrictor),这个物种身形庞大,目前发现最大的一只体长已经超过4米,而一般雌性的体长也有2.1~3米,一般的成年雄性则有1.8~2.4米长。红尾蚺善用绞杀,前人的研究成果已经表明,它们当中的一些个体,能以超过10万帕斯卡的压强来勒挤猎物,相当于把千斤重物压在一个人的胸膛。

  不过,绞杀并不是一项轻松的任务。新论文的一作、来自布朗大学的约翰·卡帕诺(John Capano)介绍说,蛇要把身体的前三分之一都用上,对体内的器官来说可不是闹着玩。如果没有特殊技巧,这基本上就是一场窒息挑战。

  为了知道红尾蚺在身体受到挤压时,会如何调整自己的呼吸,科学家把测量血压用的袖带绑在蛇身上,来模拟它们缠绕猎物时承受的压力。一条袖带绑在体长的三分之一处,另一条绑在体长的一半处,就是中间。

  然后,研究人员操控血压仪,让袖带施加的压力不断增大,这就像蛇把一只猎物缠得越来越紧,自身受到的压迫也越来越重,活动越来越困难。有的蛇好像对血压袖带的存在没什么反应,也有的蛇发出嘶嘶的声音,好像想让研究人员走开。其中,科学家更需要的是那些发出嘶嘶声的蛇,因为蛇需要把肺部充入更多的空气,才能做出这种反应。这样一来,就更容易监测气流了。

  用来测量呼吸情况的传感器,就戴在蛇的头上。与此同时,科学家也利用X射线运动形态学重建技术(XROMM)来观察蛇体内的肋骨活动情况(已提前对不同部位的肋骨做好金属标记),再和呼吸监测的结果同步起来。

  虽然在实验过程中,蛇会把头上的传感器脱下来,常常需要重新佩戴,因此研究团队获得的数据有时会中断;但科学家认为,还是可以从中分辨出呼气和吸气的时间,再与肋骨的活动相对应。

  蛇的肋骨,形状很像我们的手指,而身体每个部位的肋骨,只会让相应位置的肺部区域扩大、充气。肋骨运动重建完成之后,团队发现,蛇能够操控身体不同部位的肋骨来调整呼吸,并且各个部位的控制是相互独立的,也就是“模块化控制”

  当蛇身体前面三分之一处的肋骨被袖带挤压的时候,更靠后的肋骨就开始工作。蛇将那些肋骨向后摆,并向上倾斜,帮助肺部吸入空气。反之,当体长一半处的肋骨被袖带挤压的时候,更靠近头部的肋骨便会活跃起来,让那里的肺部区域执行呼吸任务。

  局部呼吸,你可以么?

  科学家说,不论红尾蚺是在绞杀猎物,还是在消化猎物,它的肺都只有一部分区域会被影响,而其他区域并不受到限制。

  而即便是被挤压的那些部位,也依然能够作为空气流动的通道,只是肺在那个部分不能自由扩张而已。所以,蛇只要把呼吸任务派给空闲的区域,让它们正常地充气放气,就可以自如地捕食和用餐了。

  一条红尾蚺吞食鬣蜥,虽然结局是撑破了身体(图片来源:National Geographic)

  其实,很多年来科学家们都在怀疑,蛇可以利用“局部呼吸”或“移动式呼吸”来避免窒息。如今,这种想法得到了印证。

  但除了蛇之外,其他动物有没有可能获得类似的能力,在危险的时刻实施自救呢?蛇的身体修长,肺部也比较长,这给了蛇变通的空间。但对其他动物来说,没有修长的肺部,转移呼吸阵地的策略可能就不那么容易实现了。

  顺便,人类的嘴至多能张开26°左右,你不要企图吃太大的东西,容易脱臼。

  原论文:

  https://journals.biologists.com/jeb/article-abstract/225/6/jeb243119/274764/Modular-lung-ventilation-in-Boa-constrictor

  参考链接:

  https://mehta.eeb.ucsc.edu/wp-content/uploads/2013/11/BookChapter2007.pdf

  https://pubs.asahq.org/anesthesiology/article/99/4/799/40800/Mouth-OpeningA-New-Angle

  https://www.theatlantic.com/science/archive/2022/03/how-boa-constrictor-snakes-eat-prey/627607/

  https://www.livescience.com/how-boa-constrictors-breathe

  本文转自《环球科学》

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