為了獲取不太可能的營養(yǎng)來源，小到可以坐在鉛筆橡皮擦上的昆蟲必須比任何已知生物都更用力地吸吮。
Philaenusspumarius蛙跳用它們的口器刺穿植物，僅以木質(zhì)部汁液為食，木質(zhì)部汁液主要由水組成，流過植物的內(nèi)部管道。這種物質(zhì)不僅在很大程度上缺乏營養(yǎng)，而且還處于負(fù)壓下，類似于真空。吸取汁液所需的吸力相當(dāng)于一個(gè)人用一根100米長的吸管喝水。
對(duì)于這些微小的昆蟲來說，這樣的壯舉似乎不太可能，以至于一些科學(xué)家質(zhì)疑木質(zhì)部汁液是否真的可以承受這種負(fù)壓。但生物力學(xué)和代謝證據(jù)都表明，蛙跳可以產(chǎn)生大于1兆帕的負(fù)壓，研究人員在7月14日的英國皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)B上報(bào)告說。
“令人印象深刻。[科學(xué)家們]使用了一系列技術(shù)來解決一個(gè)長期存在的問題，”未參與這項(xiàng)工作的布萊克斯堡弗吉尼亞理工大學(xué)生物力學(xué)專家JakeSocha說。“這些昆蟲非常適合產(chǎn)生”極端負(fù)壓。
這個(gè)問題由來已久，因?yàn)闇y(cè)量負(fù)壓非常棘手。在木質(zhì)部內(nèi)，樹液像一根繩子一樣被拉動(dòng)，陷入松軟的土壤和通風(fēng)的葉子之間的拔河比賽。用壓力探針刺穿植物很容易打破這種內(nèi)部張力，因此科學(xué)家通常使用更間接的方法。通過切下植物的一部分并將葉端插入壓力室中，莖伸出，研究人員可以調(diào)高施加在植物外部的壓力，直到它剛好超過植物的內(nèi)部壓力，木質(zhì)部汁液從莖中滲出.該策略表明木質(zhì)部汁液的負(fù)壓可以超過一兆帕。
溫哥華不列顛哥倫比亞大學(xué)的比較生理學(xué)家PhilipMatthews說，微小的蛙跳和其他以木質(zhì)部汁液為食的昆蟲引發(fā)了對(duì)這些測(cè)量結(jié)果的懷疑。例如，大象通過鼻子吸取大量水時(shí)(SN：6/3/21)僅產(chǎn)生0.02兆帕的負(fù)壓，與蛙跳相比微不足道。
一些科學(xué)家認(rèn)為“提取這種物質(zhì)在能量上太過昂貴，[木質(zhì)部壓力]不可能那么負(fù)，”他說。“如果[蛙跳]靠這么稀的東西生存，它必須很容易提取。”
Matthews和同事對(duì)懷疑論者持懷疑態(tài)度，他們?cè)噲D通過兩種方法來測(cè)量蛙跳的吸吮能力，一種是生物力學(xué)方法，一種是新陳代謝方法。蛙跳通過頭部的泵狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生吸力，肌肉拉動(dòng)膜產(chǎn)生負(fù)壓，類似于活塞。通過對(duì)四種昆蟲進(jìn)行顯微CT掃描，研究人員測(cè)量了這些結(jié)構(gòu)的長度和強(qiáng)度，然后使用壓力等于力除以面積的簡單物理公式計(jì)算出昆蟲的吸吮潛力。原則上，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蛙跳可以產(chǎn)生1.06至1.57兆帕的負(fù)壓。
“很明顯，它們可以產(chǎn)生這些張力，所以它們一定是在這個(gè)水平附近的木質(zhì)部張力下進(jìn)食，”馬修斯說。“除非你使用它，否則你不會(huì)進(jìn)化出如此巨大的容量。”
該團(tuán)隊(duì)通過計(jì)算蛙跳吸食豆類、豌豆或苜蓿植物時(shí)消耗的能量來驗(yàn)證這一更抽象的估計(jì)。這種能量應(yīng)該與昆蟲在植物中必須克服的壓力成正比。通過將覓食的蛙跳放入測(cè)量排出的二氧化碳的室內(nèi)，研究人員可以計(jì)算出這些昆蟲的代謝率。該團(tuán)隊(duì)還使用攝像頭追蹤蟲子排泄了多少液體。
研究人員發(fā)現(xiàn)，一旦蛙跳開始吸吮，它們的新陳代謝率就會(huì)比靜止時(shí)高出50%到85%，而且這些昆蟲的排泄物比靜止時(shí)更多。馬修斯說，這種努力“就像跑馬拉松”。“他們移動(dòng)了大量的液體......如果蟲子是人那么大，它們每分鐘會(huì)撒尿4升液體。”
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