鹰追击陆地上猎物时会改变翅膀形状,捕食水中鱼类时会用尾翼保持平衡。“水域霸王”短吻鳄有什么绝招?
犹他大学研究人员3月14日发表研究结果说,既无平衡尾翼也无鳍状肢的美洲短吻鳄可通过改变肺的位置,在水中或潜或浮,向转向或侧翻,不激起一丝水波。
肺助速游
犹他大学生物学家的研究成果发表在最新一期英国《实验生物学杂志》(Journal of Experimental Biology)上。研究发现,美洲短吻鳄通过控制横隔膜、骨盆、腹部、肋骨肌肉,改变充满空气的肺部位置,完成灵活、快速移动。
研究报告的主要作者托德·乌里奥纳接受采访时说,浮在水面的美洲短吻鳄调动肌肉,使肺移向尾部,然后潜入水下;肺向头部移动则帮助它们重新浮出水面,或转身从侧面发起进攻。
“这使它们在水中无阻碍游动,甚至能不激起一丝波澜,”乌里奥纳说,“这在它们向猎物逼近时尤为重要。”
乌里奥纳和另一位研究人员科琳·法默都认为,其他半水生动物,如蝾螈和海龟与美洲短吻鳄类似,也是利用肺的浮力在水中自如行动。
“这也许是广泛存在的能力,并非只有鳄鱼具备,”乌里奥纳说。
挑战前人
短吻鳄有横隔膜肌,这在爬行动物中不常见。此前研究认为,短吻鳄靠强有力的横隔膜肌完成迅速游动中的呼吸。这份研究报告提出不同意见。
乌里奥纳说:“也许肌肉生长并非为了呼吸,而是为在水中移动,后来才有协助呼吸的作用。”
研究报告称,在距今约2.5亿年至2.03亿年的三叠纪,现代鳄鱼的祖先生活在陆地上,体型大小只相当于现在的猫。
肌肉协助呼吸的功能形成于白垩纪鳄目动物向两栖动物进化期间。三叠纪是中生代的第一个纪,白垩纪是中生代的最后一个纪,始于距今约1.4亿年,结束于距今6500万年。
实验证明
科学家为证实假设,安排了两组实验。
第一组实验中,研究人员找来一些2岁大的密西西比短吻鳄,在它们的隔膜、骨盆、腹部、肋骨等4处肌肉内植入电极,把它们放入大水池中,观察它们移动中肌肉的活动情况。这些小短吻鳄体长约为0.38米至0.5米,成年后身长可达4米。
实验发现,这些短吻鳄快速游动时,它们的横膈膜肌处于腹部、包住胃肠,在短吻鳄吸气时牵引肝脏向骨盆和尾部移动。肺部同时向后移动,使短吻鳄潜入水下。两边耻骨肌肉起相同作用。
短吻鳄腹部肌肉的形状不如人类优美,但能挤压肺部改变它的位置。短吻鳄肋骨内部肌肉使短肋骨扩张或收缩。这4处肌肉相互配合,成就短吻鳄如水中芭蕾般轻盈的身姿。
第二组实验中,科学家把相当于短吻鳄自身质量2.5%的物体挂在它们嘴部或尾部。短吻鳄必须灵活调动肌肉使物体不致掉落。
实验中,短吻鳄把肺部移至身体后部可潜水,移至体侧可翻转,移至身体前部可浮出水面。乌里奥纳说,这与人类穿着救生衣,保持头部露出水面一样。(来源:新华网 刘晓帆)
(《实验生物学杂志》(
Journal of Experimental Biology),doi: 10.1242/jeb.015339,T. J. Uriona, C. G. Farmer)