蟒蛇在將獵物擠壓致死時如何避免窒息?
一些孕媽在孕晚期容易出現呼吸困難,因為胎兒會壓迫橫膈膜使其難以呼吸。但是,在將獵物整個吞下之前將其擠壓的蛇必須克服呼吸的挑戰,而它們的肺部在每次進食時都受到限制。
美國布朗大學的John Capano表示:“由於沒有橫膈膜,它們完全依靠肋骨的運動。”他補充說,最早的蛇類祖先必須克服在擠壓和消化晚餐時的呼吸挑戰。但是並不清楚現代蛇在擠壓它們的獵物時如何避免窒息。
一種可能性是,這些動物根據它們是在休息、扼殺動物還是在消化,調整它們用來吸氣的肋骨的哪個區域。但是沒有人詳細監測過蛇在製服它們的獵物時的呼吸模式,以檢查動物是否能調整它們使用的肋骨的哪一部分。
Capano和Elizabeth Brainerd(布朗大學)將一個血壓袖帶固定在蟒蛇的肋骨上,以限制它們的活動,並發現這些爬行動物在肋骨收縮時使用肋骨的不同部分來呼吸。他們在《實驗生物學雜誌》上發表了他們的發現,即肺的後部像風箱一樣工作,當進一步向前的肋骨因為擠壓獵物而無法再移動時,將空氣吸入肺部。
但首先,Capano在每隻爬行動物的兩根肋骨上安裝了微小的金屬標記–一根在蛇身體的三分之一處,另一根在一半處–以便用X射線來觀察肋骨的移動情況。然後,他在這兩個區域的肋骨上放置了一個血壓袖帶,並逐漸增加壓力以固定它們。“這些動物要么不介意袖帶,要么變得有防禦性,並發出嘶嘶聲,試圖讓研究人員離開。”Capano回憶說。他解釋說:“這是一個測量蛇類一些最大呼吸的機會。”
通過重建蟒蛇的肋骨運動,研究人員發現,很明顯這些動物能夠獨立控制肋骨不同部分的運動。當蟒蛇被血壓袖帶沿身體三分之一處抓住時,動物使用更靠後的肋骨進行呼吸,向後擺動肋骨,同時將它們翻起,將空氣吸入肺中。然而,當肺部後部的肋骨被壓縮時,蛇使用靠近頭部的肋骨進行呼吸。事實上,只有當向前的肋骨被抓住時,肺部遠端的肋骨才會移動,將空氣吸入該區域深處,儘管它的血液供應很差,不為身體提供氧氣。肺的遠端,表現得像一個風箱,當它不能再為自己呼吸時,將空氣拉到肺的前部。
此外,Capano、Scott Boback 和Charles Zwemer(均來自美國狄金森學院)拍攝並記錄了血壓袖帶收縮時控制肋骨肌肉的神經信號,而Boback還用GoPro拍攝了一條蛇的進食過程,揭示了肋骨並不是簡單地被固定不動。收縮的肌肉中沒有神經信號;蛇已經通過激活身體更遠處的另一組肋骨轉向了呼吸。
由於製服和消化獵物是這些蛇能做的最有活力的事情之一,它們在採用新的阻礙肋骨的生活方式之前,可能必須進化出調整呼吸位置的能力,以確保它們不會窒息。研究人員總結說:“如果沒有呼吸的能力,蛇很難進化出這些行為。”