作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2024/10/14 15:53:55
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象鼻皱纹是怎么来的

 

大象的鼻子不仅仅是鼻子。这种厚皮动物用灵活的鼻子捡拾食物、向背上喷水或沙子来降温,并向其他大象发出警告。甚至小象也用它们的鼻子来吃奶,吮吸乳汁然后喷到自己的嘴里。

让大象能够弯曲鼻子的皱纹在它们出生前就有了,并随着反复使用而增多。 图片来源:LENA V. KAUFMANN

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“这是地球上最不可思议的抓握器官。”德国柏林洪堡大学计算神经科学家Michael Brecht说。

但是,为什么象鼻—— 一个没有骨头的肌肉附属器官——工作得如此好呢?10月9日,Brecht和同事在《皇家学会开放科学》上报告说,关键在于大象的皱纹,这些皱纹在象鼻上起到了手和肘的作用。该研究团队还发现了这些皱纹最初来自哪里,以及它们是如何帮助象鼻变得“多才多艺”的。

当德国马克斯·普朗克智能系统研究所机械工程师和生物物理学家Andrew Schulz开始研究象鼻时,他认为这些特征性的皱纹是随着时间推移而形成的,因为动物经常使用它们,就像人类脸上的微笑线一样。但他很快意识到,即使是新生的小象也有皱巴巴的鼻子。

许多小动物——包括人类——生来就有随机的皱纹,因为相比体形,它们的皮肤太多了。相比之下,小象鼻子上的褶皱在出生前的位置和形状都是一致的,这表明它们有特定的作用。“我们认为这些皱纹被低估了。”Brecht说。

为了解更多信息, Schulz、Brecht和他们的同事转向了两种大象——亚洲象和非洲象,它们以不同方式使用鼻子。非洲象的鼻子末端有两个坚硬的软骨“手指”,可以让它们夹住物体。相比之下,亚洲象有一个“手指”和一个球形突起,它们可以用鼻子和下唇夹住像瓜这样的大物体。

研究人员在博物馆标本、动物园动物和照片中检查了物种间的差异。他们发现,亚洲象的鼻子上有更多的皱纹:平均有126条,而非洲象平均有83条。Schulz说,额外的皱纹可能会给亚洲象更多的灵活性,以弥补它们没有额外的“手指”的缺憾。在两种物种中,皱纹都集中在旋转点,这个旋转点像一个肌肉肘,可以让象鼻缠绕物体。

为研究这些皱纹是如何形成的,该研究团队收集了博物馆收藏的两只亚洲象和3只非洲象的胎儿,以及数十张不同年龄大象胎儿的公开照片或图画。基于此,研究人员形成了一个关于象鼻发育的视觉时间线。大象的妊娠期长达22个月,他们发现,在妊娠20天后,当鼻子出现时,皱纹就开始出现了。在接下来的150天里,两种物种的皱纹数量呈指数级增长,每3周翻一番,并集中在旋转点周围。亚洲象在发育后期会出现更多的皱纹。

接下来,科学家还研究了象鼻的使用是否会像他们最初怀疑的那样,导致额外的皱纹形成。大象要么是左鼻要么是右鼻,这意味着它们总是把鼻子弯曲到一边,以便将食物放入嘴的那一边。研究人员发现,随着时间推移,这种弯曲会在一侧产生比另一侧更多的皱纹。

未参与该研究的英国皇家兽医学院动物运动专家John Hutchinson说,目前尚不清楚象鼻的这种使用是像人类一样由大脑控制,还是由于皱纹形状使一侧比另一侧更容易使用。他说,研究这个问题需要研究人员长期持续地跟踪这些长寿的动物。

由于大象漫长的妊娠期以及操纵大象胚胎的伦理问题,人们对象鼻和皱纹形成的遗传和分子机制知之甚少。但Brecht说,这可能是未来值得研究的一个问题。

Schulz希望这项研究能够为用于灾难应对的软体机器人的工作提供指导。这些机器人的关节是通过流体静压控制的,就像象鼻一样,它们灵活的身体使它们能够潜入狭小的空间。

Hutchinson说,大象是研究软关节的理想模型。虽然其他动物,如灵长类动物和海象,可以通过向器官泵血来膨胀器官,但它们都没有象鼻那样的特殊关节和灵巧性。“大象是独一无二的。”他说。

相关论文信息:https://doi.org/10.1098/rsos.240851

 
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