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如何形象地画出一条蛇——生理特性篇丨研蛇者说

Spoon 陈勤 科学大院 2022-01-06

 开篇词:

它们早于世人造访天地,是我们祖先眼中的上古神灵。它们行踪隐秘不定,但时常出现在仙侠传奇故事之中。它们或许与生俱来就自带“致命武器”,因而被称为“五毒之首”或者“暗夜猎人”,又常常在文艺作品中背负邪恶而可怕的形象。恐惧来源于未知。科学大院联合中科院成都生物所打造“研蛇者说”专栏,为你揭开蛇类鲜为人知的方方面面,帮你重新认识这些大自然的精灵。


(温馨提示:本文涉及较多蛇类实物图,严重恐蛇的读者谨慎阅读噢~)


在这个世界上,我们既有贴心相伴的“喵星人”、“汪星人”以及“卖萌国宝”等,这样可可爱爱的动物朋友,也有一些奇奇怪怪、甚至被归为暗黑系的动物伙伴。而其中的一类,几乎是很多人心中最为神秘和恐惧的类群,它们被统称为“蛇”。


蛇类虽然让很多人害怕和厌恶,但在“动物”的定义上,它们与其他动物一样,只是自然界中平凡的一个群体。当然,既然能独成一类,它们肯定有着自己的专属定义。那么,我们该如何定义一条鲜活的蛇呢?蛇类又有哪些独特的生理特性?


画起来——蛇类的形态


假如请你画出一条蛇,你会画出什么样的图案呢?


或许一身艺术细胞的你可以绘出栩栩如生的毒蛇与巨蟒,而即使没有任何绘画基础,你也一定能勾勒出类似图1这样的线条。


图1  唐寅名作:金蛇狂舞图(不是……)(图片来源:clipart-library.com)


除去那一对“勾魂”的小眼睛,(如图1所示),细长而没有四肢的身体、吐露在外的舌头(蛇信子),都是人们对蛇最直观的印象。这样的刻板印象虽不十分准确,但却是蛇类最明显的特征。关于蛇类的经典科学定义真可谓聊胜于无:蛇是脊索动物门-爬行纲-有鳞目(Squamata)下,蛇亚目(Serpentes)中的一类动物。在更为准确的语境下,则会加上“身体延长”、“四肢退化”、“全身被鳞”、“舌分叉”等直观的形态特征。


毫无疑问,以上列出的形态特征符合人们对蛇的一贯认知。但蛇类的隔壁老哥蜥蜴类同样是“全身被鳞”(二者同属于有鳞目),若是再进化出身体变长和丢失四肢的特征,真就难以和蛇类区分了。而蜥蜴中也确实有一些种类走向了四肢退化、身体延长的进化道路,如一些蛇蜥、鳞脚蜥和无孔蜥等。但目前,国内所能见到的四肢退化的蜥蜴与真正的蛇类还是很容易区分的,只需看一看“侧颜”就能确定。如图2所示,绝大多数蜥蜴的侧脸均可以看到明显的眼睑(眼皮)和耳孔,而蛇类则没有这两个结构,因此蛇既不能眨眼睛,也无法直接听到声音。除此之外,还可以直接观察小蛇们那标志性的分叉舌头,蜥蜴们可还没这个装备。


图2  蛇(左)与蜥蜴(右)的典型侧脸照 (图源:谷歌图片)


图中可以看到蛇类不具有眼睑(红圈标出),而蜥蜴具有眼睑(红圈标出)和耳孔(白圈标出)


活起来——蛇类的运动


勾勒出蛇的线条之后,如何让它真正的“活”起来?


那就需要,在蛇类特殊的形态特征的基础之上,再加上其更令人印象深刻的运动特征——它们无手无脚却能灵活地爬行、上树、游泳,甚至“飞行”。由于缺乏用于支持身体运动的四肢,蛇类的运动都是通过躯体直接完成,主要可分为蜿蜒运动、直线运动、侧向运动和伸缩运动


蜿蜒运动是蛇类最常见的运动方式,也是大多数人印象中蛇类爬行的样子,表现为蛇在粗糙地面做出连续的波状弯曲,利用体侧不断向地面施加压力,依靠地面的反作用力推动身体前进(如图3)。


图3  左:水游蛇在木板上进行蜿蜒运动 (图源:赵尔宓,2006)三张图自左而右为根据间隔1秒拍摄的照片绘出,两条横线之间间隔76毫米;右:蛇蜿蜒运动时的受力分析(图源:赵尔宓,2006)


直线运动主要见于蟒、蚺等体型较大的蛇与蝰科中的一些“蛇中肥宅”(如一些咝蝰),是一种爬行速度较慢但更为省力的爬行运动。这些蛇的腹部鳞片与皮下组织联系较松,爬行时依靠肋骨与腹鳞间的肋皮肌有节奏地收缩,使宽大的腹鳞依次立起支持于地面,从而推动身体缓慢向前蠕动,宛如一条向前爬行的毛毛虫(如图4)。


点击下方空白 查看“蛇中肥宅”的慢悠悠步伐

图4  犀角咝蝰的直线运动


侧向运动是一些沙漠栖息的蛇类为适应疏松沙地的一种运动方式(如角响尾蛇)。侧向运动时蛇的前进方向与蛇体主轴方向略垂直,与蛇头方向一致。运动时任意瞬间,蛇的身体仅有两部分与地面接触(可以有效减少与滚烫地面的接触),因此蛇爬行过后会在地面留下一条条长度与蛇身接近且彼此平行的“J”形痕迹(如图5)。


点击下方空白 查看响尾蛇的“神奇操作”

图5  角响尾蛇的侧向运动


伸缩运动是蛇在较光滑或较狭窄空间内的一种运动方式,表现为蛇抬起身体前部、尽量前伸,在接触到某一物体作为支点后,后部身体随之向前收缩,然后重复该步骤以使身体向前(如图6)。


图6  蛇的伸缩运动 (图源:赵尔宓,2006)


蛇类在一般环境中的运动(如攀缘、钻洞等),多是上述几种运动的变化运用。而在特定环境中,蛇类也有对应的特殊运动方式。蛇类因身体呈长条形,所以体内成对的器官(如肺、肾等)大多呈前后排列或仅保留一侧。蛇的肺就是这样,其左肺退化呈较小的囊状,而右肺发达,长度可接近体长的1/2。充气的肺在水中能起到增大浮力的作用,宛如自带的游泳圈,因此游泳几乎是大多数蛇类的天生技能。


而“飞行”在蛇类中则是非常小众的运动,目前仅有金花蛇属的成员掌握了这一技能。当然,准确来讲,金花蛇是在腾空跳出后进行滑翔,滑翔距离可达百米。在滑翔的时候,金花蛇通过张开肋骨让身体变得扁平,并在空中做波状起伏运动,看起来就像是在空中飞翔,因而得名“飞蛇”(如图7)。


图7  天堂金花蛇“飞行”实验图像(左)与计算机模拟图像(右) (图源:Yeaton et al., 2020)


吃起来——蛇类的捕食


画出的这条蛇在动一动、爬一爬之后,似乎也到了该填饱肚子的时候,那么蛇类都吃什么呢?


圣经中记载,蛇类被上帝惩罚,无手无脚以肚皮行走,并且终生吃土(虽然这段记载听着像是你双11后天天吃土的生活)。但其实全部蛇类都是肉食动物,顿顿都需要大鱼大肉来犒劳自己。按照食性的广泛程度,蛇类可以大致分为寡食性和广食性两种。寡食性指的是仅捕食一种或少数几种食物的蛇类,如翠青蛇仅捕食蚯蚓、某些海蛇仅捕食鱼卵等;广食性的蛇类则是机会主义者,视捕食机会可选择多种猎物,如王锦蛇可捕食蛙、蛇、鼠、蜥蜴、鸟和鸟蛋等。


蛇类采用的捕食方法可大致分为两种:追击型和伏击型。前者是蛇主动出击、搜寻猎物;后者是蛇埋伏于猎物常出没的地方,等待捕食机会。而在苦心的追寻或漫长的等待后,当遇到合适的猎物时,蛇类对猎物的捕杀方法也可大致分为三种:


直接吞食,这是非常简单粗暴的方式,许多蛇类在面对一些反抗能力较差(如蚯蚓、蜗牛)、体型较小的猎物(如乳鼠、幼蛙)时,都会直接采用“一口闷”。

缠绕绞杀,这种方法格外令人印象深刻,尤其是蟒、蚺等大型蛇类的“死亡拥抱”。此外一些中小型游蛇也会使用身体缠绕猎物数圈、然后收紧的方式对猎物进行绞杀。

扑咬注毒,这种方式专属于有毒蛇类,它们通过扑咬时注入毒液以捕杀猎物,同时毒液可以起到预先分解猎物的作用,是一种更为先进的猎食方式。


除了直接吞食,多数情况下,蛇类都会在完全制服猎物后再开始吞食。由于缺乏四肢、嘴巴也没有咀嚼功能,蛇类只能依靠身体来调整猎物的位置以便将其囫囵吞下。为了完成这一项艰巨的任务,蛇类进化出了一张格外灵活的嘴巴:上下颌之间仅有由肌肉和韧带构成的简单连接,而下颌的两侧也没有相连(如图8),因此它们的下颌(下巴)不仅可以向下张开(可达130度),更可以向两侧伸展,以便于吞下较大的猎物。


图8  蛇头骨侧面图 (图源见图)


当然,这并不意味着足以实现“蛇吞象”的壮举,蛇类嘴巴的大小受到体型(主要是头部大小)的限制。多数情况下,它们能够吞下比自己头部大数倍的猎物。但如果猎物过大,大多数蛇在尝试几次吞食后就会做到“心中有数”,并放弃这一顿大餐。一般情况下,它们都能清楚地知道自己是否能成功吞下猎物。


值得一提的是,水是一种毫无反抗力的食物,而由于蛇类的嘴巴缺乏相关肌肉来完成吮吸动作,因此它们喝水都是直接将嘴凑到水里,通过“吧唧嘴”来完成的。(如图9)。


点击下方空白查看 蛇是怎么喝水的?

图9  猪鼻蛇在“吧唧嘴”喝水


美起来——蛇类的换装


你画的蛇,可能和你一样爱美,蛇又是怎么让自己变美的呢?答案是换新衣,即蜕皮。


古人很早就注意到了蛇蜕皮的现象,并纷纷投去了羡慕的目光,他们认为蛇类的蜕皮现象属于一种极强的恢复或重生能力。在这种观念之下,产生了古希腊时代象征医神阿斯克勒庇俄斯的“单蛇杖”,这也正是现代医学的标志上那个蛇杖的由来。不过,事实上蛇蜕皮仅仅是因为蛇类在吃饱喝足后长了长身体,所以需要蜕去一层老化的角质层,来舒展长大之后的身体,类似的现象也见于节肢动物、蛙类等。蜕下的蛇皮常被称为“蛇蜕”,蛇蜕上保留了完整的鳞片信息,通过观察其上的斑纹和鳞片数量可以确定这条蛇的种类、体型等信息。


既然是一种生长现象,那么蜕皮的频率就明显与营养状况、生长速度等有关。幼年时期,蛇的生长较快,蜕皮周期较短、蜕皮频率高,可以短至几周或一个月左右进行一次蜕皮。成年后,蜕皮周期明显延长,一般为数月一次。蜕皮一般从头部前端开始。蜕皮时,因为无手无脚,蛇只能通过头部不断摩擦粗糙表面使旧皮破开,然后身体保持向前爬行,将旧皮刮蹭于周围草丛、树枝等杂物或粗糙表面上,从旧皮里爬出来。


体型较小的蛇,大多可以蜕下一张完整的皮(图10左),有的蛇皮甚至可以在封住口之后像气球一样吹胀起来。体型较大的蛇则较难蜕下一张完整的皮,多是呈片状零散地蜕下。此外,蜕皮过程受到环境湿度、蛇的健康状况等影响,也可能存在不能完全蜕下的情况。不过随着旧皮逐渐干燥、变脆,多数情况下还是会逐渐破碎脱落(图10右),但有时会存在由蜕皮不畅引起的皮肤问题。


图10  左:完整蜕下的蛇蜕 (图源:谷歌图片)

右:湿度较低时破碎脱落的蛇蜕 (图源:本文作者)


 下期预告:

蛇类活着也不容易?它们的生存宝典是什么?除了毒牙,它们身体的这些部位还有毒?为了让天敌难以下口,它们的毒液竟然是这个味?蛇类一般不打架,偶尔打架竟然是为了“觅得佳人”?......


以上诸多问题,你想知道答案吗?研蛇者说将一一为你解答,下一期更有趣,记得来看噢~



策划:毛萍 张轶佳

作者单位:中国科学院成都生物研究所 中国科学院成都分院



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