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西班牙蝾螈遇威胁时用肋骨刺穿皮肤形成,舌头或从

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西班牙蝾螈遇威胁时用肋骨刺穿皮肤形成“刺枪”

舌头或从“口水”进化而来

意大利凤头蝾螈 -Triturus carnifex- 吃任何东西,它可以压倒一切。菜单上有蚯蚓,蚊子幼虫和水蚤,还有蜗牛,小鱼甚至它自己的后代。由耶拿(德国)弗里德里希席勒大学的Egon Heiss博士领导的一个研究小组研究了蝾螈的咀嚼行为,并取得了惊人的发现。

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本报讯 通过依靠胸鳍蹦蹦跳跳地在地面上觅食,弹涂鱼已经适应了水里水外的生活。如今,慢动作的X射线视频展示了这种水陆两栖鱼类是如何像利用舌头一样用口中的水在陆地上捕获并吞下食物的。此项研究或许有助于了解长有肥胖舌头的陆地四足动物是如何在4亿~3.5亿年前从鱼类进化而来的。

Triturus carnifex是Caudata的两栖动物,是真正的蝾螈。根据教科书,两栖动物吞下它们的猎物,但我们能够反驳这一点,Heiss说。与马萨诸塞大学的博士生Daniel Schwarz和Nicolai Konow博士一起,Heiss成功地证明了凤头蝾螈确实咀嚼了猎物,但其方式与大多数其他陆基脊椎动物不同。研究人员现已在专业出版物实验生物学杂志上发表了他们的研究结果

西班牙蝾螈用肋骨刺穿皮肤防止被天敌吞食

在水中,鱼类很容易将含有食物的水吸入口中,并将其送至食物被吞咽的喉咙后方。不过,当它们在陆地上并被空气包围时,这种吸入机制无法发挥作用。相反,生活在陆地上的脊椎动物进化出能捕获并将食物送到喉咙后方用于吞咽的舌头。

腭牙杀死了猎物

据美国国家地理网站报道,一项最新研究发现,西班牙有肋蝾螈(Spanish ribbed newt)能够用肋骨刺穿自己的皮肤,形成具有防御功能的“刺枪”。这种方式就像科幻电影《X战警》里的金刚狼能够伸展自己的爪子当作防御武器一样。

第一条鱼是如何开始在陆地上移动并且呼吸空气的要相对好理解,但脊椎动物如何从利用吞吸进食转到进化出舌头仍然未知。为寻求答案,来自比利时安特卫普大学的Krijn Michel及其同事研究了弹涂鱼。

这个蝾螈使用所谓的腭齿来杀死它的猎物并将其分解,Heiss解释道。这意味着颚齿主要用于捕捉或抓住猎物。在舌头的帮助下,然后有节奏地将猎物摩擦到上颚。口感配有非常锋利的牙齿,长约0.5至1毫米,不断被新牙齿所取代。例如,这些牙齿可以撕开极其坚韧的蝇蛆形状。这会杀死猎物,同时帮助消化分泌物生效,Heiss说。对于蝾螈来说,这也是一种人寿保险:一些昆虫幼虫具有如此强烈的咬合力,以至于它们能够穿过捕食者的身体。这项令人惊讶的研究结果的第一个推动力来自对安特卫普(比利时)的研究访问,当时Nicolai Konow和Egon Heiss观察了一个蝾螈喂食。两栖动物捕获猎物后,生物学家对两栖动物的头部,下巴和舌头动作很感兴趣。蝾螈实际上似乎在咀嚼,海斯说。研究人员在耶拿大学动物学和进化研究所的X射线视频装置的帮助下,能够清楚地了解发生了什么。

此前,科学家已经知道,这种两栖动物在遇到威胁时会把肋骨推出体外,肋骨顶端覆盖着一层有毒分泌物,作为防御工具。但是科学家至今对这一防御措施的工作原理一无所知。有人认为,蝾螈只是简单地通过伸缩身体,迫使肋骨末端从皮肤上的特别开口伸出来。

他们捕捉了大西洋弹涂鱼从水中跃出扑过去抓住并且咀嚼褐虾的高速X射线镜头。整个动作持续了不到半秒,但被放慢了50倍。研究人员发现,弹涂鱼将水含在口中,向前吐出,以帮助其抓住食物,然后再模仿舌头的动作,把水吸回来吞咽。

蝾螈咀嚼原始的陆地脊椎动物

现在,维也纳大学的埃格恩:海斯(Egon Heiss)和奥地利的一个科学家小组发现,事实上蝾螈能够向前旋转自己的肋骨,直到像矛一样的肋骨顶部刺穿它的皮肤为止。伦敦开放大学的生物学家提姆:哈利戴(Tim Halliday)并未参与这项研究,但他表示:“人们早就知道这一现象,但这是第一次对蝾螈肋骨的运动情况进行详细研究。”

关键在于这要求弹涂鱼在进食前向上移动口底的舌骨,与鱼类在水中进食的动作完全相反。该团队将其同蝾螈利用舌头进食的方式进行了比较,发现两者间存在显著的相似性。这表明弹涂鱼将一些陆地两栖动物像舌头一样的抓捕动作同鱼类的吞吸机制结合了起来。

蝾螈的咀嚼行为提示了如何在进化的背景下解释它的问题。我们可以假设真正的腭齿存在于早期陆地脊椎动物中,我们怀疑蝾螈的舌头咀嚼咀嚼机制,可以追溯到陆地脊椎动物的早期,海斯。非常相似的咀嚼机制确实可以在古老的哺乳动物中找到,例如针鼹和鸭嘴兽鸭嘴兽,但也可以在海牛中发现。虽然在这些动物中,腭齿已经被粗糙的角蛋白结构所取代,但这些生物仍然会将食物与口感相互摩擦。

研究人员表示,在自然界,有多种动物会把自己的骨骼当作防御骨刺。但是只有西班牙肋骨蝾螈和少数火蜥蜴近亲能够挥舞自己的肋骨,把它们当作“秘密武器”。为了找出蝾螈是如何做到这一点的,海斯的科研组用棉球接触活蝾螈,模拟食肉动物对它发起进攻的方式,一直到它摆出防御姿势才停下来。

《中国科学报》 (2015-03-23 第2版 国际)

当脊椎动物登陆陆地时,舌头起源

X光和CT扫描显示,肋骨旋转是促使“骨刺”伸出体表的重要因素。研究人员并未在蝾螈身上发现任何永久性小洞或伤口,这意味着蝾螈每次使用骨刺时,就要用肋骨把身体刺穿。研究人员在8月18日刊登在《动物学杂志》(Journal of Zoology)里的论文中表示,但是这种防御方法给蝾螈带来的好处远远超过了自残给它造成的伤害,蝾螈身上的伤口可以很快愈合。

从进化的角度来看,从水到土地的转变带来了动物咀嚼装置的变化。舌头发挥着关键作用,只有在脊椎动物离开水后才能发育。咀嚼是至关重要的,因为它可以将食物移到口中的正确位置。有了鱼,水流有助于做到这一点,Heiss解释道。两栖类幼虫也发生了类似的变化;在变态期间,当幼虫离开水时,两栖动物的鳃变成舌头。

海斯说:“众所周知,一般蝾螈和两栖动物都拥有修复皮肤的特殊能力。”蝾螈每根肋骨的周围包围着一层胶原质纤维,而人类在烧伤后,这种蛋白质有助于皮肤康复。另外,强大的免疫系统显然有效预防蝾螈伤口发生感染。开放大学的哈利戴说:“研究中发现,如果蝾螈受了伤,伤势一般并不严重,不会给它造成危害。我在办公室的容器里养了一些蝾螈。有时我抓住它们时,手会被刺痛,但是蝾螈似乎并没受到影响。”

现在的研究结果是由德国研究基金会(DFG)资助的Urodela食品操作的形式,功能和进化研究项目的第一批结果,于2017年初启动。该项目一直持续到2019年底,也许在此期间,Triturus carnifex将被说服揭露更多的秘密。

这项最新研究还为蝾螈拥有的这种不同寻常的防御能力是如何进化来的提供了一些线索。蝾螈长长的肋骨通过灵活的双头关节附在它的椎骨上,这种情况使肋骨可以向前旋转。其他火蜥蜴拥有类似接头,当它们受到威胁时,它们的胸腔会小幅膨胀。这种方法使它们的体型变大,让攻击者望而却步,不敢靠近它们。

这篇研究论文的作者海斯表示,这种“胸腔膨胀”的方法可能正是导致西班牙肋骨蝾螈进化出像弹簧刀一样的胸腔的原因。他说:“如果肋骨经过进化变得更长,延伸到皮肤,肋骨的顶端会更容易把皮肤刺穿。这样肋骨的顶部就能当作防御武器使用了。”

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