为什么蛙类的舌头这么黏？

四年前，刚刚在佐治亚理工学院开始攻读博士学位的亚历克西斯·诺埃尔，在解剖学课上向学生们提出了一个奇怪的要求:在他们把青蛙分开后，他们能给她所有的舌头吗？学生们同意了。

诺埃尔在实验室里抓着一只蟾蜍。(照片来源:亚历克西斯·诺埃尔)

诺尔从小就喜欢青蛙。当她长大并加入胡大维生物力学实验室时，她迫不及待地想研究青蛙。胡立德对这个话题也很感兴趣。不久前，他参观了亚特兰大植物园，看到一群色彩鲜艳的箭毒蛙在吃东西。他在这些青蛙的运动中看到了一个物理学奇迹:当它们向昆虫喷射粘性舌头时，它们的速度和准确度是惊人的。他后来用高速相机拍摄了一只豹蛙，发现它能在不到0.07秒内捕捉到昆虫——比人类眨眼快五倍。当它的舌头碰到猎物时，它的加速度是重力的12倍。然而，不知何故，猎物没有被打，而是被粘住了舌头。

你可以试着设计一种湿材料来高速撞击一个粗糙的物体，并把它粘在上面。你不能设计它。从来没有人成功过。然而，青蛙每次捕猎都显示出这种技能。自19世纪以来，人类一直在研究青蛙的舌头，但直到现在，他们还不明白为什么青蛙的舌头这么粘。

二色叶美杜莎巨蛙捕食的时刻(照片来源:Ed Yong/Youtube)

为了回答这个问题，诺尔从解剖学课上收集了许多青蛙舌头。然后她遵循博物学家的伟大传统，用手指戳他们。这种温柔的抚摸让她和立德·胡大吃一惊。“它们就像儿童玩具粘土。当你感觉到它的时候，你很难判断它是固体还是液体。“它们也很粘，就像你刚嚼过的口香糖或你无法扔掉的棉花糖。”

然后诺埃尔走进一个材料测试实验室，手里拿着一袋从学校的尸体农场收集来的血淋淋的青蛙舌头和人类舌头。通过将圆柱体慢慢压入这些被切割的器官，她证明了人类的舌头比青蛙的舌头硬十倍。此外，一些青蛙物种的舌头是人类测量的所有生物材料中最柔软的。李德·胡说:“它们像人脑一样柔软——但人脑不会弹出来捕捉猎物。”因为它的柔软，青蛙的舌头可以在昆虫碰到它时包裹住它，形成最大的接触面。康涅狄格大学的库尔特·施文克也指出:“青蛙舌头自身的惯性使它在弹射过程中能够显著伸展，这增加了青蛙的捕食范围，提高了它们捕食昆虫的能力。”

青蛙的舌头也有内置的减震器——一些脂肪和肌肉在受到撞击时可以缓冲一些能量。这些减震器在青蛙舌头的恢复中起作用:虽然昆虫承受很大的力，但它们不会脱落。“这舌头就像一张蹦床和一只棒球手套——它能伸展，但它也能抓住你，”李德·胡说。

蛙舌拉伸试验。(照片来源:Ed Yong/Youtube)

“我们知道豹蛙捕食多种昆虫、蚯蚓和其他无脊椎动物，”克莱蒙特学院的詹娜·蒙罗伊说。“它们可以根据不同的猎物身体类型激活舌头肌肉，在接触猎物时调节舌头的硬度和阻尼，从而确保成功捕获猎物。”

“但这种软组织只是成功的一半，”诺埃尔说。另一半是青蛙唾液。

她和她的同事花了很多时间和精力从收集的青蛙舌头上刮唾液。“口水很粘。每次你把它刮掉，你都必须把它从刮刀上刮掉，”李德胡说。“收集半毫升需要半个小时。这真是一件稀世珍宝。”

“人们过去认为青蛙的唾液只是粘稠的，”诺埃尔说。但是经过仔细研究，她发现唾液是一种非牛顿流体——这种流体的性质会随着施加给它的力而改变。例如，蜂蜜在搅拌下会从固体变成液体，玉米淀粉和水的混合物在搅拌下会变成固体，番茄酱会因为瓶子的晃动而变得更易流动。唾液就像番茄酱:外力会降低它的粘度。然而，在相同的外力作用下，人唾液的粘度将下降到约1/10，而青蛙唾液的粘度将下降到约1/100。

结果，当青蛙的舌头碰到昆虫时，它们身上的唾液开始*流动，并很容易渗透到昆虫身体表面的每个缝隙和开口中。当舌头减速收缩时，唾液凝结成粘稠的糊状物，这相当于握紧拳头将昆虫抓回来。

“这种分析可以用来解释我们观察到的许多奇妙现象，比如为什么青蛙用后半个眼球将猎物推进喉咙。”北亚利桑那大学的Kiisa Nishikawa说:一旦昆虫被吞进嘴里，青蛙必须把它从舌头上拿开。幸运的是，它的粘液把戏只在垂直方向上效果最好。很难把昆虫从舌头上撕下来，但撬开它们更容易。青蛙只需要用什么东西推昆虫——所以它用它的眼球。12年前，罗伯特·莱文用x光视频展示了青蛙用眼球吞咽昆虫并将昆虫从舌头上推开时，眼球向内收缩的过程。

角蛙用它的眼球帮助吞下它的猎物。(照片来源:Ed Yong/Youtube)

对粘性动物的许多研究导致了新材料的出现。壁虎的攀爬能力导致了干粘合剂的发展。贻贝的脚(粘在岩石上的网)激发出一种可以在水下使用的粘合剂。蠕虫激发了一种医用胶带的发明，这种胶带性能更好，而且是一种不渗血的胶水，可以不缝针地修补伤口。谁知道青蛙的舌头会导致什么发明？"想象一下，一条缝合线在快速缝合后立即变硬."李德·胡说:“或者是一种创可贴，快速撕下不会很痛。”

“我们为什么要关心这些事情？”研究动物力学的西川说，“因为生物学的启示可以解决人类的实际问题。青蛙的舌头似乎很冷，但别忘了抗生素也来自面包霉菌。”

现在，诺埃尔又把眼睛转向了猫的舌头。它们的表面覆盖着一层微小的刺。诺埃尔想知道这个结构是为了方便梳理自己，从骨头上除去肉，还是为了其他目的。“我研究家猫和老虎的舌头，”她说。“猫和青蛙是我最喜欢的动物，也是我目前的研究对象。这真是美好的生活。”