蝗虫,蓝鲸,这两个似乎八竿子打不着的生物之间,有一种共同的神奇力量。拥有这份力量,足以成为科幻、奇幻中的主角,比如:动漫《海贼王》里的路飞,电影《神奇四侠》里的神奇先生。
说到这里,大部分人已经猜出是什么能力了。如果你从未被日美文化输出洗涤过,那么好吧,就是《大话西游》开头,观音一把掐住齐天大圣的能力——伸长身体的一部分。
别小看拉伸能力不就是拉长点么,这算什么神奇的能力?
请参考一些古代的酷刑。
我们人类、以及绝大部分生物,皮肉下面的神经是我们能活动的先决条件。
一般来说,神经的延展性不是很好。事实上,“神经牵拉损伤”是人类最常见的神经损伤类型。通常,大约6-8%幅度的拉伸后,牵拉相关的损伤就可能会导致疼痛、麻痹、感觉丧失、肌肉萎缩;29%是人类的极限,伴随着严重的结构损坏,神经根撕脱,人就废了。
在脊椎动物中,须鲸科(Balaenopteridae),比如地球上最大的动物蓝鲸,完成了一种独一无二的进化创新:腹侧皮肤上有从嘴巴延伸到脐部的纵向皱纹或沟槽。这种腹侧组织与它们的进食策略直接相关——鲸吞天下。
鲸虽然不能吞天下,但每次进食,吞没的水量可能超过鲸鱼本身的体积。在吞没过程中,须鲸的大嘴巴——腹侧在圆周方向膨胀%,在纵向膨胀38%。
这表明须鲸口腔底部的神经具有高度可扩展性。
须鲸舌头和腹侧沟槽脂肪的大神经就像蹦极绳。这些神经的外壁很薄,几乎完全由胶原蛋白组成。神经沿着基本上笔直的路线穿过组织,但可以将其长度增加一倍以上,而不会妨碍它们在伸展后恢复到静息长度。
须鲸神经长度发生变化的形态学策略简单而优雅——神经纤维束本身集中在结构的一个小核心中,并且高度折叠。单个神经纤维本身似乎没有被拉伸:更确切地说,当整个神经的长度增加时,神经束就会展开。
鲸鱼能变得这么大,和这项关键进化息息相关。其他脊椎动物中,没谁还有这本事。
小小蝗虫的相似能力,但本质完全不同雌性蝗虫同样拥有这种非凡的能力。
雌性蝗虫的中枢神经系统具有弹性,使其在地下产卵时能够伸长至原来体型的%-%,而不会造成任何永久性损伤。
当雌性蝗虫准备好产卵时,它会在地上挖一个洞,为卵提供保护和最佳的孵化条件。为此,它配备了一个独特的挖掘装置,由两对位于腹部尖端的挖掘阀组成,位于产卵器的两侧。
当它挖掘时,蝗虫会伸展它的身体,直到适合产卵的位置。成年雌性蝗虫,其体长在4、5厘米左右,为了产卵,会把身体伸长到10-15厘米,然后迅速恢复到正常长度,然后再伸长,准备产下一波。
从形态学的角度来看,这种能力是不可思议的,据猫子所知,它的拉伸能力在自然界中强过鲸鱼,几乎无人能敌。
蝗虫神经系统%拉伸能力的生物力学机制,和鲸鱼神经的那种"手风琴"一般的折叠机制一样么?
最近进行的一项研究中,科学家从雌性蝗虫身上解刨出中枢神经系统,使用高度灵敏的测量仪器测量了扩展神经系统所需的力。
与假设相反,研究者没有发现任何类似手风琴的折叠机制。
雌性蝗虫的神经系统就是单纯的具有弹性,使其能够伸长,然后自行恢复到原来的状态,可以重复使用,而不会对组织造成任何损伤。
从生物力学和形态学的角度来看,这一发现几乎是不可理解的。
写在最后我们从其他生物身上能学到的太多了,小小的蝗虫的拉伸机制,深挖下去透彻理解,将有助于开发具有高度灵活性的合成组织,并在再生医学疗法中恢复神经。
最后,路飞、蝗虫、鲸鱼,有什么共同特点?除了都特别能吃,大家都是生物力学里超级可拉伸神经的代言人。
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