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說(shuō)起青蛙捕食，你的腦海中一定會(huì)浮現(xiàn)出這樣的場(chǎng)景：一只青蛙伸出長(zhǎng)長(zhǎng)的舌頭，以迅雷不及掩耳之勢(shì)，粘住在空中撲騰的蒼蠅，然后快速收回口中。
圖片來(lái)源：gizmodo.com
哪怕沒(méi)有親眼看到過(guò)，但你應(yīng)該很熟悉這個(gè)過(guò)程，因?yàn)檫@個(gè)場(chǎng)景被多次用來(lái)做成科普插畫(huà)、小游戲、動(dòng)畫(huà)場(chǎng)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(lái)源于一則搞笑視頻。
誕生于搞笑視頻的青蛙研究
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(jiǎn)稱(chēng)諾埃爾）正在網(wǎng)上沖浪，刷到了這么一個(gè)視頻：
視頻動(dòng)圖。圖片來(lái)源：ThumbPress
這個(gè)視頻很火，起碼在2011年的時(shí)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(gè)想法在諾埃爾的腦海中一閃而過(guò)：青蛙是怎么迅速地用舌頭粘住蟲(chóng)子的？她覺(jué)得這是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。
于是諾埃爾做的第一件事，就是跑到亞特蘭大動(dòng)物園，用高速攝影機(jī)拍下各種青蛙捕食蟲(chóng)子的視頻。這個(gè)倒霉的蟲(chóng)子正是蟋蟀。
圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1
通過(guò)對(duì)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(shuō)，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(lái)源：文獻(xiàn)1
青蛙用來(lái)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(shuō)，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(gè)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(gè)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(jué)，諾埃爾也很好奇。于是，她用手去測(cè)試了一下，嗯，果然很粘。
圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1
具體什么感受，諾埃爾是這么說(shuō)的：摸起來(lái)就像棉花糖或嚼過(guò)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(lái)粘糊糊的唾液，作為實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行測(cè)試。這些唾液的厚度是人類(lèi)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(gè)參考物。圖片來(lái)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(guò)的青蛙嘴里，把舌頭弄出來(lái)，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(gè)小時(shí)……
圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1
然后把這些唾液放到椎板流變儀（一種測(cè)試液體粘度的儀器）上測(cè)試，結(jié)果顯示這些粘液的粘度達(dá)到了70pa/s。你可能對(duì)這個(gè)數(shù)值不太敏感，換算一下，它代表著青蛙唾液粘度是人類(lèi)的50000倍。是不是感覺(jué)很恐怖……
圖片來(lái)源：文獻(xiàn)1
青蛙口水的粘度，還會(huì)變來(lái)變?nèi)?/strong>
但其實(shí)，青蛙唾液只有在某種情況下才這么粘，其他時(shí)候粘度則不太高。為什么會(huì)這樣？
因?yàn)檫@些唾液兼具了流體和固體的性質(zhì)。你也許聽(tīng)過(guò)這么一個(gè)概念——非牛頓流體。簡(jiǎn)言之，流得越快，粘性就越低。對(duì)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(shí)候，唾液的粘性會(huì)降低 100 倍，然后口水會(huì)完全包裹住蟋蟀，進(jìn)入其每一個(gè)縫隙。
當(dāng)青蛙舌頭開(kāi)始往回拉的時(shí)候，相對(duì)而言，收回的速度比伸出去的速度慢了不少。這時(shí)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(jué)就像你在刷墻一樣，如果刷墻的速度很快，會(huì)感覺(jué)很順暢，但如果慢到一定程度，就會(huì)有一種粘糊糊的感覺(jué)。
問(wèn)題來(lái)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(lái)幫助吞咽。科學(xué)家用X光機(jī)觀察青蛙的吞咽場(chǎng)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(kāi)。
青蛙吞咽蟋蟀前。圖片來(lái)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(lái)源：文獻(xiàn)2
這時(shí)候，青蛙的眼珠子會(huì)往回縮，通過(guò)眼部肌肉帶動(dòng)緊密相連的口腔肌肉，把食物推進(jìn)去，來(lái)幫助吞咽。這就是青蛙用舌頭捕食的秘密。
為什么要研究這么一個(gè)“無(wú)聊”的東西？
青蛙利用口水捕食，看起來(lái)是個(gè)很無(wú)聊的研究，不過(guò)說(shuō)到這，就得提到諾埃爾的導(dǎo)師胡立德，他本身就是一個(gè)做無(wú)聊研究的教授，比如哺乳動(dòng)物尿尿都是21秒……甚至他還得過(guò)搞笑諾貝爾獎(jiǎng)。有人問(wèn)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(gè)國(guó)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(wèn)題，這個(gè)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(guò)控制速度達(dá)到不同粘性的膠水，在需要粘東西的時(shí)候跟502膠一樣，而在需要脫落的時(shí)候能馬上失去粘性。
有的科學(xué)研究做出來(lái)就能發(fā)揮價(jià)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(jià)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(wú)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.
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