蝙蝠利用血液实现舌头的勃起以更好地进食

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研究人员发现,帕拉斯长舌蝠在空中进食时,会利用血液来改变其拖把状舌头的形状。高速视频片段显示,流向蝙蝠舌尖的血液增加会导致大量微小的毛发状突起肿胀并勃起,使蝙蝠能够最大限度地利用每次舔舐来收集花蜜。

与蜂鸟一样,来自南美洲和中美洲的帕拉斯长舌蝠(Glossophaga soricina)在悬停于花朵上舔食花蜜时会消耗大量能量。为了维持这种活动,这些小体型的动物必须保持所有脊椎动物中最高的代谢率,几乎完全依靠几分钟前摄入的含糖物质来为其悬停活动提供能量。加州大学生态、进化和海洋生物学系的肯尼斯·韦尔奇领导的 2008 年发表在《实验生物学杂志》上的研究发现,在帕拉斯长舌蝠中,它们悬停飞行所需的能量的 78% 是通过处理最近摄入的糖分提供的,而蜂鸟可以通过相同的方式为其大约 95% 的悬停飞行提供能量。相比之下,人类和其他哺乳动物使用膳食糖供能的运动代谢效率相对较低,只有 25% 到 30%,因为我们严重依赖其他类型的燃料,如糖原和甘油三酯,由此可见这些生物的惊人之处。


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这令人印象深刻,但仍然是相当紧张的业务。蜂鸟和帕拉斯长舌蝠都生活在刚吃饱或饥饿的持续状态中,它们每天消耗大部分身体脂肪只是为了生存。因此,它们进化出了几种形态特征,使它们成为花蜜处理机器,包括轻巧紧凑的身体(帕拉斯长舌蝠的平均体重为 9 克),能高效吸收糖的特殊肠道,由能维持高强度悬停飞行的快肌纤维组成的飞行肌肉,以及它们非常长的舌头,以至于它们不得不进化出特殊的存放位置。蜂鸟将舌头放在细长的喙中,而帕拉斯长舌蝠则有一个类似鼻子的吻突来折叠它的舌头。当伸长时,它们的舌头会增长到大约静止时大小的两倍。

帕拉斯长舌蝠舌尖覆盖着有组织的细长丝状乳头,或者说小毛发状突起,当舌头静止时,这些突起平躺在舌头上,当舌头被使用时,它们会从舌头上散开。科学家们早就知道这些乳头的存在,但人们认为它们的存在是为了增加舌头的表面积,并在它们之间的空间中捕获零星的花粉或花蜜液滴,就像一个简单的静态刷子。

然后在 2011 年,康涅狄格大学的亚历杭德罗·里科-格瓦拉和玛格丽特·鲁贝加在《美国国家科学院院刊》(PNAS) 上发表了一项研究,他们使用高速摄像机观察了 30 只蜂鸟在透明管内舔舐花蜜(视频在此)。蜂鸟的舌头尖端分为两部分,叉之间的空间充满了称为薄片的微小互锁板。没有人怀疑这些结构可以通过任何方式故意移动,但通过慢动作观看蜂鸟进食,里科-格瓦拉和鲁贝加看到,当舌头伸向花蜜时,它的两个尖端分开,导致内部的薄片展开。当蜂鸟的舌头缩回时,薄片向内卷回,花蜜被夹在舌尖之间,准备安全地送入口中。正是这一发现促使布朗大学生态与进化生物学系和工程学院的卡莉·哈珀、莎伦·斯沃茨和伊丽莎白·布雷纳德尝试了在以花蜜为食的帕拉斯长舌蝠上使用相同的技术。

该团队在今日出版的PNAS上描述了他们的发现,他们首先发现,在进食过程中,毛发状乳头会竖立起来,每次舔舐时,当舌头接近最大伸展时,都会从舌头表面伸出。乳头甚至被操纵以改变其方向,以便它们可以垂直于舌头的长轴,从而最大化其捕获花蜜的表面积。更多视频显示,即使舌头没有接触到粘稠的花蜜,也会发生这种运动,这证明表面张力释放并没有驱动蝙蝠舌头形状的变化。这一点很重要,因为蜂鸟的舌头运动依赖于这种表面张力释放,因此研究人员认为,某种其他机制——某种内部机制——是导致帕拉斯长舌蝠乳头勃起的原因。

根据他们在帕拉斯长舌蝠舌头的血管形态中观察到的情况,他们认为流向该区域的快速血液流动导致乳头在花蜜喂养期间肿胀并勃起。更多的视频片段证实了这一点。“一个彩色高速电影显示,在花蜜喂养期间,血液流向血管窦和乳头静脉的增加,以及血管窦的充血,”他们写道,描述了舌头首次从嘴里伸出时,在视频中呈淡粉色,这表明血管中相对较少的血液。然后,“当舌头达到最大伸展时,血管窦和乳头静脉会充血并变成鲜红色,因为乳头会竖立起来。血液暂时滞留在这些血管内,乳头在整个舌头缩回过程中保持竖立。”

在舔舐过程中,舌尖的长度也增加了 50% 以上,研究人员认为,当舌头从嘴里伸出时,这会导致某些肌肉纤维收缩,这不仅会导致其宽度或直径减小和长度增加,还会压缩舌头中的动脉和静脉,将更多的血液向下推入舌尖。

虽然这种机制尚未在其他任何哺乳动物中发现,但研究人员认为,它也可能在微小的、以花蜜为食的澳大利亚蜜袋鼯(Tarsipes rostratus)中发挥作用,因为它的舌头配备了扩大的血管和位于尖端的显着动脉。

引用的论文

Welch, K., Herrera M., L., & Suarez, R. (2008). Dietary sugar as a direct fuel for flight in the nectarivorous bat Glossophaga soricina 实验生物学杂志, 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. 美国国家科学院院刊, 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

美国国家科学院院刊

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About Becky Crew

Bec Crew is a Sydney-based science writer and award-winning blogger. She is the author of 'Zombie Tits, Astronaut Fish and Other Weird Animals' (NewSouth Press).

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