絞殺獵物的蛇,用力太猛會絞死自己嗎?

2022年04月01日08:00

  它修長的身體,不只是用來纏絞獵物而已,還可以提供靈活的呼吸技巧。

  撰文 | 栗子

  審校 | clefable

  不是所有的蛇,都靠毒液來製服獵物。

  對於一些無毒的蛇類,如蟒蛇和蚺蛇,大自然賜予了它們更加殘酷的殺戮方式:用牙咬住獵物之後,把自己粗壯的身軀,一圈一圈緊緊纏繞在獵物身上。此時,獵物的身體承受的巨大壓強,就像一輛汽車壓在胸膛,數秒之間便取走它的性命。

  那隻動物並不是死於窒息,窒息也很難實現這樣高的效率。真正的原因是壓力阻斷了血流,從而使動物體內的重要器官如心臟、肝臟、腦部等等,在極短的時間內失去供氧、停止工作,生命也就無可挽回地走向終結。

  有了大力絞殺技能,蛇可以征服比自己直徑大得多的獵物。而在那之後,蛇不將肉分成小塊,就能把獵物整個吞進體內。這也是大自然的設計決定的:蛇的嘴後部有兩塊小小的方骨,幫它們張大嘴巴,上頜下頜間夾角可達150°左右;而下頜又分成兩個部位,幫蛇橫向擴展嘴巴的寬度。

  不過,在感歎這些演化奇觀的同時,科學家們依然有些不太理解的問題:纏繞獵物需要的壓力那麼大,為什麼沒有讓蛇自身發生窒息?吞食大型獵物的時候,蛇的身體也要遭受嚴重的擠壓,它為什麼可以不被噎死?

  呼吸這種事,還能輪班

  蛇和人類一樣,都是用肺呼吸。不過,二者之間有一個明顯的區別。

  我們身為哺乳動物,有一層重要的骨骼肌薄膜,就是橫膈膜。當橫膈膜收縮的時候,胸腔會擴大,肺部的壓強變小,氣體被吸入肺里;當橫膈膜放鬆下來,肺部和胸壁的彈性又能把氣體排出體外。而人類懷孕時,日漸長大的胎兒擠壓了母親的橫膈膜,影響到它的正常伸縮,讓每次吸入的空氣變少,因此母體有時會出現呼吸困難的狀況。

  相比之下,蛇並沒有橫膈膜,完全是依靠肋骨的運動來呼吸。人類只有24條肋骨,而蛇渾身上下有數百條肋骨,只有尾部沒有。

  美國布朗大學的科學家領銜的研究團隊,最近發表的一項研究認為,蛇能夠精確控制自己的肋骨,在身體受到擠壓的時候,靈活調整各個部位的肋骨上班下班,井然有序地避免窒息。

  一條蛇的骨架(圖片來源:dbking via wikimedia commons)

  科學家們觀察的蛇叫紅尾蚺(boa constrictor),這個物種身形龐大,目前發現最大的一隻體長已經超過4米,而一般雌性的體長也有2.1~3米,一般的成年雄性則有1.8~2.4米長。紅尾蚺善用絞殺,前人的研究成果已經表明,它們當中的一些個體,能以超過10萬帕斯卡的壓強來勒擠獵物,相當於把千斤重物壓在一個人的胸膛。

  不過,絞殺並不是一項輕鬆的任務。新論文的一作、來自布朗大學的約翰·卡帕諾(John Capano)介紹說,蛇要把身體的前三分之一都用上,對體內的器官來說可不是鬧著玩。如果沒有特殊技巧,這基本上就是一場窒息挑戰。

  為了知道紅尾蚺在身體受到擠壓時,會如何調整自己的呼吸,科學家把測量血壓用的袖帶綁在蛇身上,來模擬它們纏繞獵物時承受的壓力。一條袖帶綁在體長的三分之一處,另一條綁在體長的一半處,就是中間。

  然後,研究人員操控血壓儀,讓袖帶施加的壓力不斷增大,這就像蛇把一隻獵物纏得越來越緊,自身受到的壓迫也越來越重,活動越來越困難。有的蛇好像對血壓袖帶的存在沒什麼反應,也有的蛇發出嘶嘶的聲音,好像想讓研究人員走開。其中,科學家更需要的是那些發出嘶嘶聲的蛇,因為蛇需要把肺部充入更多的空氣,才能做出這種反應。這樣一來,就更容易監測氣流了。

  用來測量呼吸情況的傳感器,就戴在蛇的頭上。與此同時,科學家也利用X射線運動形態學重建技術(XROMM)來觀察蛇體內的肋骨活動情況(已提前對不同部位的肋骨做好金屬標記),再和呼吸監測的結果同步起來。

  雖然在實驗過程中,蛇會把頭上的傳感器脫下來,常常需要重新佩戴,因此研究團隊獲得的數據有時會中斷;但科學家認為,還是可以從中分辨出呼氣和吸氣的時間,再與肋骨的活動相對應。

  蛇的肋骨,形狀很像我們的手指,而身體每個部位的肋骨,只會讓相應位置的肺部區域擴大、充氣。肋骨運動重建完成之後,團隊發現,蛇能夠操控身體不同部位的肋骨來調整呼吸,並且各個部位的控制是相互獨立的,也就是“模塊化控制”。

  當蛇身體前面三分之一處的肋骨被袖帶擠壓的時候,更靠後的肋骨就開始工作。蛇將那些肋骨向後擺,並向上傾斜,幫助肺部吸入空氣。反之,當體長一半處的肋骨被袖帶擠壓的時候,更靠近頭部的肋骨便會活躍起來,讓那裡的肺部區域執行呼吸任務。

  局部呼吸,你可以麼?

  科學家說,不論紅尾蚺是在絞殺獵物,還是在消化獵物,它的肺都只有一部分區域會被影響,而其他區域並不受到限制。

  而即便是被擠壓的那些部位,也依然能夠作為空氣流動的通道,只是肺在那個部分不能自由擴張而已。所以,蛇只要把呼吸任務派給空閑的區域,讓它們正常地充氣放氣,就可以自如地捕食和用餐了。

  一條紅尾蚺吞食鬣蜥,雖然結局是撐破了身體(圖片來源:National Geographic)

  其實,很多年來科學家們都在懷疑,蛇可以利用“局部呼吸”或“移動式呼吸”來避免窒息。如今,這種想法得到了印證。

  但除了蛇之外,其他動物有沒有可能獲得類似的能力,在危險的時刻實施自救呢?蛇的身體修長,肺部也比較長,這給了蛇變通的空間。但對其他動物來說,沒有修長的肺部,轉移呼吸陣地的策略可能就不那麼容易實現了。

  順便,人類的嘴至多能張開26°左右,你不要企圖吃太大的東西,容易脫臼。

  原論文:

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

  參考鏈接:

  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

  本文轉自《環球科學》

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