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研究人員發現,帕拉斯長舌蝠在空中進食時,會利用血液來改變其拖把狀舌頭的形狀。高速影片片段顯示,流向蝙蝠舌尖的血液增加會導致大量微小的毛髮狀突起腫脹並勃起,使蝙蝠能夠最大限度地利用每次舔舐來收集花蜜。
與蜂鳥一樣,來自南美洲和中美洲的帕拉斯長舌蝠(Glossophaga soricina)在懸停於花朵上舔食花蜜時會消耗大量能量。為了維持這種活動,這些小體型的動物必須保持所有脊椎動物中最高的代謝率,幾乎完全依靠幾分鐘前攝入的含糖物質來為其懸停活動提供能量。加州大學生態、進化和海洋生物學系的肯尼斯·韋爾奇領導的 2008 年發表在《實驗生物學雜誌》上的研究發現,在帕拉斯長舌蝠中,它們懸停飛行所需的能量的 78% 是透過處理最近攝入的糖分提供的,而蜂鳥可以透過相同的方式為其大約 95% 的懸停飛行提供能量。相比之下,人類和其他哺乳動物使用膳食糖供能的運動代謝效率相對較低,只有 25% 到 30%,因為我們嚴重依賴其他型別的燃料,如糖原和甘油三酯,由此可見這些生物的驚人之處。
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這令人印象深刻,但仍然是相當緊張的業務。蜂鳥和帕拉斯長舌蝠都生活在剛吃飽或飢餓的持續狀態中,它們每天消耗大部分身體脂肪只是為了生存。因此,它們進化出了幾種形態特徵,使它們成為花蜜處理機器,包括輕巧緊湊的身體(帕拉斯長舌蝠的平均體重為 9 克),能高效吸收糖的特殊腸道,由能維持高強度懸停飛行的快肌纖維組成的飛行肌肉,以及它們非常長的舌頭,以至於它們不得不進化出特殊的存放位置。蜂鳥將舌頭放在細長的喙中,而帕拉斯長舌蝠則有一個類似鼻子的吻突來摺疊它的舌頭。當伸長時,它們的舌頭會增長到大約靜止時大小的兩倍。
帕拉斯長舌蝠舌尖覆蓋著有組織的細長絲狀乳頭,或者說小毛髮狀突起,當舌頭靜止時,這些突起平躺在舌頭上,當舌頭被使用時,它們會從舌頭上散開。科學家們早就知道這些乳頭的存在,但人們認為它們的存在是為了增加舌頭的表面積,並在它們之間的空間中捕獲零星的花粉或花蜜液滴,就像一個簡單的靜態刷子。
然後在 2011 年,康涅狄格大學的亞歷杭德羅·里科-格瓦拉和瑪格麗特·魯貝加在《美國國家科學院院刊》(PNAS) 上發表了一項研究,他們使用高速攝像機觀察了 30 只蜂鳥在透明管內舔舐花蜜(影片在此)。蜂鳥的舌頭尖端分為兩部分,叉之間的空間充滿了稱為薄片的微小互鎖板。沒有人懷疑這些結構可以透過任何方式故意移動,但透過慢動作觀看蜂鳥進食,里科-格瓦拉和魯貝加看到,當舌頭伸向花蜜時,它的兩個尖端分開,導致內部的薄片展開。當蜂鳥的舌頭縮回時,薄片向內捲回,花蜜被夾在舌尖之間,準備安全地送入口中。正是這一發現促使布朗大學生態與進化生物學系和工程學院的卡莉·哈珀、莎倫·斯沃茨和伊麗莎白·佈雷納德嘗試了在以花蜜為食的帕拉斯長舌蝠上使用相同的技術。
該團隊在今日出版的PNAS上描述了他們的發現,他們首先發現,在進食過程中,毛髮狀乳頭會豎立起來,每次舔舐時,當舌頭接近最大伸展時,都會從舌頭表面伸出。乳頭甚至被操縱以改變其方向,以便它們可以垂直於舌頭的長軸,從而最大化其捕獲花蜜的表面積。更多影片顯示,即使舌頭沒有接觸到粘稠的花蜜,也會發生這種運動,這證明表面張力釋放並沒有驅動蝙蝠舌頭形狀的變化。這一點很重要,因為蜂鳥的舌頭運動依賴於這種表面張力釋放,因此研究人員認為,某種其他機制——某種內部機制——是導致帕拉斯長舌蝠乳頭勃起的原因。
根據他們在帕拉斯長舌蝠舌頭的血管形態中觀察到的情況,他們認為流向該區域的快速血液流動導致乳頭在花蜜餵養期間腫脹並勃起。更多的影片片段證實了這一點。“一個彩色高速電影顯示,在花蜜餵養期間,血液流向血管竇和乳頭靜脈的增加,以及血管竇的充血,”他們寫道,描述了舌頭首次從嘴裡伸出時,在影片中呈淡粉色,這表明血管中相對較少的血液。然後,“當舌頭達到最大伸展時,血管竇和乳頭靜脈會充血並變成鮮紅色,因為乳頭會豎立起來。血液暫時滯留在這些血管內,乳頭在整個舌頭縮回過程中保持豎立。”
在舔舐過程中,舌尖的長度也增加了 50% 以上,研究人員認為,當舌頭從嘴裡伸出時,這會導致某些肌肉纖維收縮,這不僅會導致其寬度或直徑減小和長度增加,還會壓縮舌頭中的動脈和靜脈,將更多的血液向下推入舌尖。
雖然這種機制尚未在其他任何哺乳動物中發現,但研究人員認為,它也可能在微小的、以花蜜為食的澳大利亞蜜袋鼯(Tarsipes rostratus)中發揮作用,因為它的舌頭配備了擴大的血管和位於尖端的顯著動脈。
引用的論文
Welch, K., Herrera M., L., & Suarez, R. (2008). Dietary sugar as a direct fuel for flight in the nectarivorous bat Glossophaga soricina 實驗生物學雜誌, 211 (3), 310-316 DOI: 10.1242/jeb.012252
Rico-Guevara A, & Rubega MA (2011). The hummingbird tongue is a fluid trap, not a capillary tube. 美國國家科學院院刊, 108 (23), 9356-60 PMID: 21536916
Cally J. Harper, Sharon M. Swartz, and Elizabeth L. Brainerd (2013). Specialized bat tongue is a hemodynamic nectar mop
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