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鳄鱼的脸比人类指尖更敏感

探索鳄鱼感官器官的迷人作用,它们如何帮助鳄鱼以令人难以置信的精确度感知周围环境。

作者:Ed Yong
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在所有可以用来描述鳄鱼面部的形容词中,“敏感”可能不是一个显而易见的词。但它们巨大的下巴、尖锐的牙齿和盔甲般的鳞片却隐藏着一个惊人的秘密。它们的脸部,甚至可能全身,都布满了微小的凸起,这些凸起比我们人类的指尖还要敏感得多。如果你仔细观察,这些凸起是显而易见的。每一个都是一个微小的圆顶,宽度 barely 一毫米,周围环绕着一道凹槽。一只短吻鳄的下巴和嘴巴内部大约有4000个这样的凸起。鳄鱼和长吻鳄的身体几乎每个鳞片上也有这些凸起,总数约为9000个。(所有这些动物都被称为鳄类动物。)它们于1895年首次被描述,科学家们曾用它们来区分养殖的鳄类动物和濒临灭绝的偷猎动物。但没有人知道这些凸起是做什么的。也许它们会分泌防水油?也许它们有助于鳄鱼检测盐度、电场、磁场或水压的变化?有很多假设,但实际研究却很少。2002年,马里兰大学的达芙妮·索亚雷斯 (Daphne Soares) 展示了美洲短吻鳄 即使在完全黑暗中,也能通过单个水滴产生的涟漪来定位。它们脸上的凸起似乎参与其中。这是一项简短的研究,但它引起了范德堡大学的邓肯·莱奇 (Duncan Leitch) 的兴趣,他想知道这些凸起是做什么的。现在,他与 肯·卡塔尼亚 (Ken Catania) 一起,已经证明它们是触觉传感器,这使得鳄类动物的脸尽管有坚硬的盔甲,却异常敏感。莱奇分析了18只幼年美洲短吻鳄和4只尼罗河鳄鱼身上的凸起,他称之为“皮肤感觉器官”(ISOs)。当他切开圆顶时,他发现了一个巨大的神经末梢网络。它们都是大的三叉神经的分支,该神经将动物脸部的感觉传导到大脑。三叉神经分为三个主要分支——一个经过鳄鱼的眼睛,一个穿过每个下巴。它们不断分支,最终穿过动物头骨上的孔,进入ISOs本身。

这些神经末梢传递的是什么类型的 sensations?莱奇排除了几种可能性。他将动物的腿浸入不同浓度的盐水中,发现其ISOs中的神经没有反应。他将一个9伏电池放入水中以产生电场。同样没有反应。相反,莱奇发现连接到ISOs的神经末梢有各种触觉传感器。有些终止于皮肤的最上层,这些皮肤在凸起处异常薄,可以在最轻微的作用力下被压缩。另一些则终止于被称为层状小体的结构,它们对振动敏感,或者梅克尔盘,它们检测压力。ISOs极其敏感。莱奇使用电极记录了它们的神经活动,并用冯·弗雷毛发(von Frey hairs)刺激它们——这种尼龙细丝可以用精确的力按压皮肤。他发现最敏感的ISOs可以感知小至78微牛顿的力——这比我们指尖最敏感的部分还要敏感十倍。如果你仅将凸起压缩4微米,里面的神经就会放电。为了观察这种感觉的作用,莱奇将食物颗粒放入他的鳄类动物的水箱中,并使用红外摄像机在漆黑中拍摄它们。它们会迅速转向涟漪,并左右摆动头部。一旦它们的皮肤接触到食物,它们会在50-70毫秒内将其吞食。它们还会潜伏在水下,直到一条鱼游过它们张开的下巴。同样,一旦猎物接触到,鳄鱼就会迅速合上。莱奇和卡塔尼亚认为,ISOs通过感知水中的涟漪或直接感受食物的触感来帮助鳄类动物捕获猎物。它们可能还使用这些传感器来区分下巴中的不同物体,这就是为什么凸起最集中在它们的牙齿周围。母鳄鱼经常会用下巴携带它们的卵和幼崽,因此它们精细的触觉可能有助于它们区分猎物(咬!)和自己的幼崽(不要咬!)。但为什么它们遍布鳄鱼全身,而只存在于短吻鳄的脸上呢?“这是一个巨大的谜团,”莱奇说。他没有发现鳄鱼身体不同部位的ISOs之间存在差异。有些人猜测短吻鳄的身体ISOs深埋在皮肤中,但莱奇没有看到任何证据。“另一个可能的想法是,现代鳄类动物的祖先全身和头部都有ISOs,但随着时间的推移,短吻鳄谱系中的身体ISOs可能已经消失了,”他说。“这仍然是一个谜。”参考文献:Leitch & Catania. 2012. 鳄类动物皮肤感觉器官的结构、神经支配和反应特性。J Exp Biol http://dx.doi.org/10.1242/jeb.076836

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