本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
海兔的粘性墨汁分泌物不仅仅是驱赶或分散其捕食者的注意力;科学家们发现,这种粘性物质还可以掩盖它们嗅觉和味觉。
海兔(属名:Aplysia)是大型的草食性软体动物,与海蛞蝓和裸鳃类动物密切相关。最大的海兔——加州海兔(Aplysia vaccaria),可以长到75厘米长,重达2公斤。海兔有很好的嗅觉,这要归功于它们头部像兔子耳朵一样竖立的一对大型感觉触角。它们的颜色从浅灰、绿、红到带有白色斑点的深紫色不等,这有助于它们伪装,因为颜色取决于它们吃的海藻的颜色以及它们居住的附近环境。
由于它们没有保护性的外壳,海兔配备了一整套防御机制,以使捕食者远离它们的柔软身体,而其柔软的身体中含有毒素作为最后的手段。它们的外套腔内有两个防御腺;墨汁腺位于鳃上腔的顶部,产生紫色墨汁;蛋白腺位于鳃下腔的底部,产生乳白色的粘性分泌物,称为蛋白液。如果海兔受到威胁或攻击,其外套腔内的虹吸管会将其中一种或两种分泌物泵入周围的水中。研究表明,这些分泌物可以作为诱饵来应对诸如海葵、甲壳类动物和鱼类等捕食者,从而误导它们的攻击。它通常也可以作为驱避剂,导致掠食性海葵的触手收缩。
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由于防御能力如此之强,海兔并没有很多需要担心的捕食者,但已知加州多刺龙虾(Panulirus interruptus)偶尔会冒险捕食它们。因此,在2005年,美国佐治亚州立大学神经科学研究所和生物系的查尔斯·德比(Charles Derby)和辛西娅·基克莱特(Cynthia Kicklighter)决定使用多刺龙虾来测试海兔墨汁分泌物的影响。他们发现墨汁分泌物中的高浓度氨基酸模仿了食物的刺激特性,因此当龙虾接触到分泌物时,它们会放开海兔,转而尝试吃墨汁。多刺龙虾会开始“用腿挖掘被分泌物覆盖的基质(“挖掘”),并将前两对腿移到嘴边(“抓取”),这种行为类似于多刺龙虾在受到化学刺激以寻找和品尝食物时产生的行为”,该团队在2005年一期的《当代生物学》(PDF)中报道。这种化学防御形式,其结果类似于蜥蜴丢弃尾巴来分散捕食者的注意力,被称为“吞噬拟态”。该团队得出结论:“检测到高浓度的游离氨基酸通常向多刺龙虾发出食物存在的信号。海兔通过释放模仿食物刺激特性的分泌物来利用其捕食者神经系统的这一特性,从而转移攻击者的注意力。蛋白液的高度粘性可能会产生食物的触觉感,从而有助于拟态。”
在这次实验中,德比及其同事注意到,当多刺龙虾接触到蛋白液分泌物时,它们也会习惯性地梳理其触角(充当“鼻子”的小触角)和口器,这表明该分泌物可能会阻碍它们品尝和闻气味的能力。因此,最近,德比与佐治亚州立大学的蒂芙尼·洛夫-切泽姆(Tiffany Love-Chezem)和胡安·阿吉奥(Juan Aggio)合作,测试了是否是蛋白液分泌物的化学成分或粘性产生了这种效果。
他们首先提取了蛋白液的水溶性部分,这会留下氨基酸和其他化学引诱剂,但保留了粘性,并将其涂抹在多刺龙虾触角的尖端。然后,研究人员向龙虾提供了美味的“虾汁”,并测量了它们化学感觉神经元(气味检测)和运动神经元中的电活动。研究人员在本周的《实验生物学》中报道,与触角干净的对照龙虾不同,没有嗅出虾汁的问题,触角上有蛋白液溶液的龙虾未能对眼前的食物感到兴奋,它们的化学感觉神经元和运动神经元明显减少。
但是,当研究人员施用在蛋白液中发现的氨基酸溶液以查看其化学成分是否影响龙虾的神经元活动时,他们发现龙虾对虾汁的反应正常。这意味着蛋白液的浓稠粘性质地是物理阻碍海兔捕食者将其识别为食物的关键。“我们的实验有力地支持了感觉失活主要是由于分泌物物理覆盖触角,从而阻止化学物质进入化学感觉神经元,”研究人员总结道。“我们的实验没有提供证据表明蛋白液的化学特性(无论是兴奋性还是抑制性)对失活效应有贡献,但实验设计问题允许存在我们无法解决的某些化学效应。”
研究人员将这种新发现的机制与某些蛾类物种中发现的防御行为进行比较,这些蛾类物种的超声波发射可以“干扰”捕食性蝙蝠的回声定位,从而掩盖了蛾类的行踪。但是,他们说这是第一次证明生物体可以通过化学机制使其捕食者的感官失活。
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引用的论文
Kicklighter, C., & Derby, C. (2006). 海兔加州海兔墨汁中的多种成分对海葵Anthopleura sola有厌恶作用 《实验海洋生物学和生态学杂志》, 334 (2), 256-268 DOI: 10.1016/j.jembe.2006.02.002
Kicklighter, C., Shabani, S., Johnson, P., & Derby, C. (2005). 海兔使用新型的抗捕食化学防御 《当代生物学》, 15 (6), 549-554 DOI: 10.1016/j.cub.2005.01.057
Love-Chezem, T., Aggio, J., & Derby, C. (2013). 通过感觉失活进行防御:海兔墨汁降低了多刺龙虾对食物气味的感觉和运动反应 《实验生物学杂志》, 216 (8), 1364-1372 DOI: 10.1242/jeb.081828
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