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  • 被吃掉还能活下来的动物:毫发无损穿过掠食者消化道

    时间:2017-05-05  来源:新浪科技  作者:任天

    一条钩盲蛇(学名:Ramphotyphlops braminus)

    一条钩盲蛇(学名:Ramphotyphlops braminus)

    北京时间4月28日消息,据国外媒体报道,有少数动物被吃掉后还能存活下来,这种技能或许帮助它们开拓了新的栖息环境。

    2012年,一位生物学家在东南亚的东帝汶进行调查时,发现了意想不到的一幕:一条钩盲蛇(学名:Ramphotyphlops braminus)扭动着从一只黑眶蟾蜍的后部爬了出来。来自英国伍尔弗汉普顿大学的马克·奥榭及其同事偶然间目睹了这一过程,他们在一块石头下发现了这两只动物。这是科学家第一次发现被蟾蜍吃下去的猎物还能存活,也是第一次发现像钩盲蛇这么大的动物经过消化道后居然还能安然无恙。“一种有肺的脊椎动物能存活下来,实在太让人惊奇了,”奥榭说道。

    动物幼体或一些小型海洋无脊椎动物能毫发无损地穿过某些掠食者的消化道,但体型较大的猎物很可能在被抓到之后就立刻被咬死。即使躲过了牙齿的撕咬,在经过掠食者的喉咙时,猎物也会受到致命的挤压。

    等待猎物的还有更可怕的问题。大部分猎物在接触到掠食者胃里的胃酸之前就已经死去,接着它们的组织将被胃酸分解、消化。在掠食者的消化道深处,猎物或许还要面临缺氧的挑战。

    不过,如果是被蟾蜍或鸟类囫囵吞下的猎物,生存的几率可能会高一些。这些动物在吞咽之前,往往先把食物堆在喉咙后部,这或许会增加猎物安全进入消化系统的机会。

    一只粗皮渍螈

    一只粗皮渍螈

    在某种程度上,这或许正是一种剧毒两栖动物——粗皮渍螈(学名:Taricha granulosa)——在被青蛙吞食之后还能全身而退的原因。一旦进入青蛙的胃部,这种蝾螈的毒素会在胃酸发挥作用之前杀死青蛙。接着,粗皮渍螈只需要转过身,经过死亡青蛙的喉咙,从它的嘴巴爬出来。

    然而,钩盲蛇并不能杀死蟾蜍,而且它经过的路线要长得多——从蟾蜍的嘴巴到肛门。相比其他许多物种,钩盲蛇有着自己的优势。它们身体细长,宽度只有几毫米,可以毫不费力地挖洞或穿过狭小的缝隙。对钩盲蛇来说,穿过狭窄的蟾蜍消化道应该不是太大的挑战。

    奥榭认为,钩盲蛇在蟾蜍消化道中是主动地爬行,而不是像其他食物那样被收缩的肌肉推着向前。还有一个对钩盲蛇有利的因素是蟾蜍较早之前的摄食情况。在吞下钩盲蛇之前的几个小时里,这只蟾蜍可能没有吃多少东西,从而使它的消化道变得“干净”许多。如果真是如此,那钩盲蛇的“求生之旅”应该没有花费多少时间,这也减少了它暴露在消化液里的风险。

    不过,起决定性作用的很可能是钩盲蛇的皮肤。紧密、重叠的鳞片不仅使钩盲蛇能在陆地上爬行,也帮助它们阻挡了胃酸的侵袭,保护脆弱组织和器官免受伤害。其他一些蛇类的鳞片在移动时会稍稍分离,因而可能不具备类似的保护效果。

    几乎可以肯定的是,钩盲蛇面临的最大问题是一段较长时间的缺氧。作为一种掘洞生活的动物,加上体型娇小,钩盲蛇只需要很少的空气就能存活。但是,这种耐受性也是有限度的。“理论上,穿过消化道的时间将决定它能否存活,”奥榭说道。

    研究人员并不知道钩盲蛇经过蟾蜍消化道的时间。不过,尽管钩盲蛇成功从蟾蜍消化道爬了出来,但它还是在大约5小时后死亡了。研究者并没有对钩盲蛇进行死后检查,但他们认为,这条蛇可能死于缺氧导致的并发症。“我们想不到其他任何能杀死它的因素,”奥榭说道。

    蜗牛在穿越消化道方面的能力可能要胜过钩盲蛇,因为它们在低氧环境下也能生存。在2011年发表的一篇论文中,日本东北大学的裕也一郎(Shinichiro Wada)等人介绍了这样一个实验。他们用一种微小的蚤蜗牛(学名:Tornatellides boeningi)喂食暗绿绣眼鸟,观察它们能否完整地经过后者的消化道。大约15%的蚤蜗牛幸存了下来,整个过程大约花了20到120分钟。该实验第一次证实了陆地蜗牛可以在经过鸟类肠道消化后存活下来。“在没有完全暴露在消化液的情况下,蜗牛能够承受短时间的消化过程,”裕也一郎说道。

    蜗牛的忍耐力很可能来源于它们的外壳,这是天然的盔甲。但裕也一郎和同事们发现,蜗牛的大小也是生存的关键。他们对鸟粪中的蜗牛外壳进行了测量,发现宽度在2.5毫米左右的蜗牛基本能保持完整,而体型更大的蜗牛则遭受到了严重的外壳损坏。他们还认为蜗牛分泌的黏液可能会对酸环境有一定的抵抗作用,但这一观点还需要进一步检验。

    需要指出的是,较大的蜗牛似乎偶尔也能从鸟类肠道的消化中存活下来。来自捷克布拉格查理大学的Jasna Simonova发现,外壳比蚤蜗牛大得多——直径达到17毫米——的蜗牛有时在经过多种不同鸟类的消化之后,还能完整地保存下来。

    秀丽隐杆线虫

    秀丽隐杆线虫

    另一个令人意想不到的“肠道穿越者”是一种线虫——秀丽隐杆线虫(学名:Caenorhabditis elegans)。德国基尔大学的欣李希·舒伦堡(Hinrich Schulenburg)及其团队在采集于德国北部的蛞蝓肠道内发现了这种线虫。之后,他们在蛞蝓粪便中惊讶地发现了活着的线虫。

    “它们似乎是被蛞蝓从嘴巴吃进去的,这很不寻常,因为蛞蝓具有一个研磨的器官,应该会摧毁它们,”舒伦堡说,“而且我们不知道它们是怎么从酸性环境中存活下来的。”在蛞蝓和蚯蚓体内还发现过另一种线虫,但它们是营寄生生活,通过刺入肠道的方式进入宿主体内。

    研究团队还惊讶地发现,不仅幼年线虫能从消化过程中存活,成体线虫也可以。幼虫在发育阶段具有较为坚硬的表皮,可以起到保护作用,因此通常要比完全成熟的成虫更能耐受恶劣环境。“这还完全是一个未解之谜,”舒伦堡说道。这些秀丽隐杆线虫似乎经常能在蛞蝓的肠道消化中存活,但它们从不会在蛞蝓体内逗留超过一天的时间。

    “肠道旅行”在陆地上较为罕见,但似乎在水生环境中更为普遍。荷兰乌得勒支大学的Casper van Leeuwen及其同事发现,一些成年水生蜗牛在被绿头鸭吞食之后依然能存活下来。一种介形虫的雌性个体也能在康氏亚口鱼(学名:Catostomus commersonii)的消化道中存活,而贻贝在穿过海葵消化腔时,如果双壳紧闭,就能够避免被消化的命运。Van Leeuwen及其团队推测,在潮湿环境中对生命有利的一些特征,可能帮助了这些无脊椎动物在潮湿的肠道内部环境中存活下来。

    存活率也与掠食者的消化系统类型有关。有些动物更倾向于吃进更多的猎物,而不注重消化的效率,比如某些鸟类。食物往往很快经过这些动物的消化道,其中一部分可能未经消化就被排了出去。

    由于穿越消化系统的现象具有一定普遍性,可以推测,这种现象可能会在一些动物种群中留下印记。对于一些移动能力较弱的物种,这可能是一种非常重要的运输形式,使它们能占据遥远的新环境。

    暗绿绣眼鸟

    暗绿绣眼鸟

    裕也一郎及其同事观察的蜗牛或许正是如此。这些蜗牛采集于母岛——日本小笠原群岛群岛中的一个岛屿。它们在周围岛屿上的分布模式似乎只能归功于鸟类的帮助。此外,科学家在地理间隔遥远的蜗牛种群之间发现了基因传递的证据,这也可以用鸟类肠道的运输来解释。裕也一郎的团队发现,在暗绿绣眼鸟数量较高的地区,蜗牛的遗传多样性也更高。

    “这些证据有力地表明,陆地蜗牛可以借助掠食性鸟类进行传播,”裕也一郎说道。此外,他们还观察到一只蜗牛在被鸟排泄出来之后开始产卵,这表明即使只有一只蜗牛迁移到新的环境,也足够发展出一个新的种群。

    舒伦堡推测,蛞蝓肠道内的秀丽隐杆线虫可能也是在“搭便车”。此前有研究发现,这种线虫会附着在潮虫的脚上,从一个地方转移到另一个地方。另一种可能性是,蛞蝓肠道本身就对秀丽隐杆线虫很有吸引力:它们可能以蛞蝓肠道内的细菌为食。“还有可能是,它们会等待蛞蝓死亡,以生活在尸体上面的细菌为食,”舒伦堡说道。

    2014年,德国汉堡大学的Jan-Jakob Laux及其团队首次记录了一种利用鸟类消化道进行运输的昆虫。他们推测,一种水叶甲——平角水叶甲(学名:Macroplea mutica)——可以借助绿头鸭进行传播,因为它们经过后者的肠道消化后依然能保持完整。这种昆虫在古北界的广泛分布一直被视为未解之谜,因为它们的移动能力并不强。

    说回钩盲蛇的例子,它的经历很可能只是一场意外。奥榭认为,蟾蜍可能把这条蛇误认为是蚯蚓,而蚯蚓是蟾蜍的主要食物。“我很确定那只蟾蜍并不知道自己吞下了一只脊椎动物,”他说,“它以为这只是一条比较光亮的蚯蚓。”

    一些蟾蜍物种的确会捕食盲蛇,但这些盲蛇在被吃掉之后,还未发现有成功逃脱的。然而,盲蛇或许能借助另一种动物的肠道来完成运输任务,那就是猫头鹰。

    有一些报告显示,盲蛇会出现在猫头鹰的巢穴中。它们怎么到那里的,我们还不得而知。一些研究者认为,盲蛇会爬到树上,以猫头鹰鸟巢碎屑中的无脊椎动物为食。另一种观点认为,猫头鹰把盲蛇抓到巢里,作为雏鸟的食物。

    奥榭并不怀疑盲蛇的攀爬能力,但它们必须首先确定猫头鹰鸟巢的位置,否则就只是偶然出现在鸟巢里。另一方面,猫头鹰用盲蛇喂食雏鸟时也困难重重,因为盲蛇在被触碰时会卷曲、打结,并可能在掉落的时候迅速钻到鸟巢深处。

    “我认为更可能的情况是,它们是偶然从猫头鹰的肠道里排出来的,”奥榭说道。与蟾蜍一样,猫头鹰经常未经咀嚼就把猎物吞下肚子。

    如果掠食者是在无意中吞下了活的动物,那它们的健康会受到什么影响呢?举例来说,肠道寄生虫往往通过食物和水进入动物体内,然后在肠道里定居下来。舒伦堡认为,秀丽隐杆线虫可能事实上就是一种寄生虫。“如果真是如此,那就太令人兴奋了,”他说,“我觉得这是可能的。”

    一些线虫物种确实是寄生虫,而其他一些物种则可以在自由生活和寄生模式之间切换。秀丽隐杆线虫被认为是非寄生性的,如果能找到它们营寄生生活的证据,或许将为寄生动物的演化研究提供新的线索。

    “研究生物体变成寄生生物的适应过程和其中的分子机制,以及需要哪些特征才能使它们有时以寄生虫形式存在,有时则不是,这将是一个令人兴奋的系统课题,”舒伦堡说道。作为具有神经系统的最简单动物体之一,秀丽隐杆线虫已经成为生物学研究中广泛使用的模式生物。

    裕也一郎也提出了类似的想法,他认为蜗牛和鸟类之间的相互关系可能已经涉及到了寄生状态。他在所研究的许多蜗牛身上发现了寄生性的扁虫,并据此认为鸟类可能是这些扁虫的最终宿主。或许扁虫是将蜗牛作为某种“特洛伊木马”,以最终进入鸟类的肠道。“目前我正在研究这种联系,”裕也一郎说道。

    不过,“肠道穿越者”可能不仅仅是为了自身利益而利用掠食者:它们也可能给掠食者带来好处。舒伦堡认为,通过取食蛞蝓肠道内的细菌,秀丽隐杆线虫会给肠道微生物群落带来正面的影响。“一些摄食细菌的生物体会帮助改善微生物群落的多样性,”他说道。

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