青蛙滑溜溜的舌頭，是怎么粘住蒼蠅的？

說起青蛙捕食，你的腦海中一定會浮現(xiàn)出這樣的場景：一只青蛙伸出長長的舌頭，以迅雷不及掩耳之勢，粘住在空中撲騰的蒼蠅，然后快速收回口中。

圖片來源：gizmodo.com

哪怕沒有親眼看到過，但你應(yīng)該很熟悉這個過程，因?yàn)檫@個場景被多次用來做成科普插畫、小游戲、動畫場景等等。

當(dāng)然，還有各種搞笑視頻。

研究青蛙舌頭的靈感，就來源于一則搞笑視頻

有一天，就職于佐治亞理工學(xué)院的生物物理學(xué)家Alexis C. Noel（以下簡稱諾埃爾）正在網(wǎng)上沖浪，刷到了這么一個視頻：

視頻動圖（圖片來源：ThumbPress）

這個視頻很火，起碼在2011年的時候是爆款，播放量在油管上達(dá)到了1300w。短短的26秒中，一只青蛙正在吐舌頭攻擊手機(jī)屏幕里的螞蟻，想要吃掉它們……

一個想法在諾埃爾的腦海中一閃而過：青蛙是怎么迅速地用舌頭粘住蟲子的？她覺得這是一個值得研究的問題。

于是諾埃爾做的第一件事，就是跑到亞特蘭大動物園，用高速攝影機(jī)拍下各種青蛙捕食蟲子的視頻。這個倒霉的蟲子正是蟋蟀。

圖片來源：文獻(xiàn)1

通過對視頻進(jìn)行分析，她發(fā)現(xiàn)，一只青蛙在0.07秒內(nèi)就可以捉到一只蟋蟀。換句話說，如果你眨眼需要0.2秒，那么在你眨眼之間，它就可以捉3只蟋蟀了。

圖片來源：文獻(xiàn)1

青蛙用來捕食的舌頭不僅速度快，力量也大。在這短短的一瞬間里，舌頭的加速度能達(dá)到重力加速度的12倍。也就是說，一只小小的蟋蟀在被青蛙舌頭攻擊到的一瞬間，就像被一元硬幣砸到了。

蟋蟀重量也就0.7克左右，而一個硬幣大約是5克，如果你是那只蟋蟀，你感受到的力相當(dāng)于被幾個兩百斤的胖子壓在身上。

粘糊糊的青蛙舌頭，神奇在哪里？

大家一定很好奇，用手摸青蛙粘糊糊的舌頭是什么感覺，諾埃爾也很好奇。于是，她用手去測試了一下，嗯，果然很粘。

圖片來源：文獻(xiàn)1

具體是什么感受，諾埃爾是這么說的：摸起來就像棉花糖或嚼過的口香糖。

青蛙的舌頭粘不是因?yàn)樯囝^本身，而是因?yàn)樯囝^上粘液腺分泌的、像水凝膠一樣粘附著的唾液。所以諾埃爾和同事從各種青蛙和蟾蜍的嘴中弄下來粘糊糊的唾液，作為實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行測試。這些唾液的厚度是人類唾液的7倍，最厚達(dá)到了0.7mm。

右側(cè)是青蛙唾液，左側(cè)是一個參考物（圖片來源：文獻(xiàn)1）

為了進(jìn)一步分析，諾埃爾從大學(xué)生物課上解剖過的青蛙嘴里，把舌頭弄出來，然后一點(diǎn)點(diǎn)地用勺子慢慢地刮唾液。光是弄唾液這件事，就花了好幾個小時……

圖片來源：文獻(xiàn)1

然后把這些唾液放到椎板流變儀（一種測試液體粘度的儀器）上測試，結(jié)果顯示這些粘液的粘度達(dá)到了70pa/s。你可能對這個數(shù)值不太敏感，換算一下，它代表著青蛙唾液粘度是人類的50000倍。是不是感覺很恐怖……

圖片來源：文獻(xiàn)1

青蛙口水的粘度，還會變來變?nèi)?/span>

但其實(shí)，青蛙唾液只有在某種情況下才這么粘，其他時候粘度則不太高。為什么會這樣？

因?yàn)檫@些唾液兼具了流體和固體的性質(zhì)。你也許聽過這么一個概念——非牛頓流體。簡言之，流得越快，粘性就越低。對的，青蛙的口水也是非牛頓流體。

在青蛙吐出舌頭，碰到蟋蟀的時候，唾液的粘性會降低100倍，然后口水會完全包裹住蟋蟀，進(jìn)入其每一個縫隙。

當(dāng)青蛙舌頭開始往回拉的時候，相對而言，收回的速度比伸出去的速度慢了不少。這時候，粘液變得非常粘稠，蟋蟀就被完全粘在了舌頭上。

這種感覺就像你在刷墻一樣，如果刷墻的速度很快，會感覺很順暢，但如果慢到一定程度，就會有一種粘糊糊的感覺。

問題來了，既然唾液這么粘，青蛙是怎么把它吞下去的呢？

答案是——用眼珠子來幫助吞咽。科學(xué)家用X光機(jī)觀察青蛙的吞咽場景，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蟋蟀進(jìn)入了青蛙口中，青蛙必須把蟋蟀松開。

青蛙吞咽蟋蟀前（圖片來源：文獻(xiàn)2）

青蛙吞咽蟋蟀后，注意眼珠子的位置變化（圖片來源：文獻(xiàn)2）

這時候，青蛙的眼珠子會往回縮，通過眼部肌肉帶動緊密相連的口腔肌肉，把食物推進(jìn)去，來幫助吞咽。這就是青蛙用舌頭捕食的秘密。

為什么我們要研究這么一個“無聊”的東西？

青蛙利用口水捕食，看起來是個很無聊的研究，不過說到這，就得提到諾埃爾的導(dǎo)師胡立德，他本身就是一個做無聊研究的教授，比如哺乳動物尿尿都是21秒……甚至他還得過搞笑諾貝爾獎。有人問他，搞這些研究不是浪費(fèi)經(jīng)費(fèi)嗎？他回應(yīng)：我就是這個國家最浪費(fèi)的科學(xué)家！當(dāng)然也只是調(diào)侃而已。

回到青蛙捕食的問題，這個研究最有可能用到的地方就是研究出一種高速粘接的可逆膠水，即可以通過控制速度達(dá)到不同粘性的膠水，在需要粘東西的時候跟502膠一樣，而在需要脫落的時候能馬上失去粘性。

有的科學(xué)研究做出來就能發(fā)揮價值，叫應(yīng)用科學(xué)；有的科學(xué)研究可能要十年甚至幾十年后才能發(fā)揮價值，叫基礎(chǔ)科學(xué)。研究青蛙的舌頭屬于后者，這也就是研究“無聊”科學(xué)的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Noel A C, Guo H Y, Mandica M, et al. Frogs use a viscoelastic tongue and non-Newtonian saliva to catch prey[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2017, 14(127): 20160764.

[2] Hammerman DL. 1969The frog tongue: I. General development and histogenesis of filiform papillae and mucous glands in Rana catesbeiana. Acta Zool. 50, 11–23.