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蛇為什么能吞下比自己大的獵物?
發(fā)布時(shí)間:2021-10-10
出品:科普中國(guó)
制作:史靜聳(中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所博士)
監(jiān)制:中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

  有句俗語(yǔ)叫“人心不足蛇吞象”,用來(lái)形容貪得無(wú)厭的人性。雖然,“蛇吞象”這一事件在自然界是不存在的,但這生動(dòng)地反映了蛇的吞食能力——大多數(shù)蛇類的確能吞下比自己頭和身體寬得多的獵物。

  不過(guò),大多數(shù)人對(duì)蛇吞食獵物的行為的了解可能還是來(lái)自科普書(shū)籍或是紀(jì)錄片,仍然有很多細(xì)節(jié)值得進(jìn)一步探索和推敲。在我從事蛇類研究的過(guò)程中,就經(jīng)常被問(wèn)到“蛇為什么能吞下比自己大得多的獵物?”這個(gè)問(wèn)題。

  今天,我們就從蛇的骨頭,特別是頭骨、牙齒以及上下頜關(guān)節(jié)講起,從而解釋蛇類吞食獵物的機(jī)理,進(jìn)一步討論,蛇能吞下的最大的獵物是什么?能不能把人吞下去?

蛇有多少塊骨頭?

  在搞清楚這個(gè)問(wèn)題之前,不妨先看看蛇的骨骼主要分為哪幾部分。

  對(duì)于現(xiàn)生的真蛇下目中的蛇類而言,其骨骼主要分為頭骨、椎骨和肋骨,其中,椎骨又分為寰椎、樞椎、頸椎及尾椎。蛇類沒(méi)有典型的四肢,也沒(méi)有附著四肢的肩帶、腰帶及骨盆。

  事實(shí)上,蛇并不是絕對(duì)沒(méi)有“四肢”,只是在演化的過(guò)程中,出于對(duì)某種特殊環(huán)境和生活方式的適應(yīng)(例如在土壤中打洞),而出現(xiàn)了四肢逐漸退化的現(xiàn)象。

  在較為基干的蛇類中,如蟒蛇、筒蛇,它們的后肢沒(méi)就有完全退化。在它們身體后端的泄殖孔兩側(cè)(也就是尾巴根的地方)還留有小爪子一樣的后肢的殘跡,這種“后肢”已經(jīng)不具備運(yùn)動(dòng)能力,只是在交配的時(shí)候起到一些抓握的輔助作用。

  

  眼鏡王蛇(Ophiophagus hannah)全身骨骼標(biāo)本,陳列于浙江自然博物館(制作/史靜聳 攝影/陳奕寧)

  

  球蟒的后肢殘留(圖片來(lái)源見(jiàn)水?。?/p>

  由于蛇類四肢高度退化,所以捕食、吞咽等絕大多數(shù)任務(wù)都落在頭上。因此,蛇的頭骨結(jié)構(gòu)是脊椎動(dòng)物中較為復(fù)雜的。

  在蛇亞目(Serpentes)真蛇下目中,大部分蛇類頭骨包含41枚硬骨(不計(jì)寰椎和樞椎)。而在蟒科(Pythonidae)和蚺科(Boidae)等相對(duì)基干的蛇類中,頭骨的骨塊多達(dá)45枚 (多出一對(duì)眶上骨和冠狀骨)。

  

  經(jīng)過(guò)CT掃描、三維重建和渲染后的百花錦蛇(Elaphe moellendorffi)頭骨模型頭骨,其頭骨一共包含41枚硬骨(不同顏色表示不同的骨塊)

  這些骨頭大多可以在不同肌肉的牽引下,獨(dú)立或交替活動(dòng),相互配合,將獵物咬住并運(yùn)送到消化道里。因此,蛇的頭部比我們?nèi)祟惖撵`活很多——畢竟成年人的頭骨只有29塊,只有上下頜關(guān)節(jié)是可以自由活動(dòng)的。

  一些研究者將頭骨分為腦顱 (Braincase)、吻部 (Snout)、腭頜器 (Palatomaxillary apparatus)及懸器與下頜 (Suspensorium and mandible4部分,而國(guó)內(nèi)一些文獻(xiàn)也有分為顱骨和咽骨兩部分。

  其中,蛇的上頜骨、齒骨、腭骨、翼骨上大多都長(zhǎng)著又尖又細(xì)的牙(蚺科前頜骨上也有牙齒)。因此,被蛇咬一口,往往就會(huì)留下好幾排牙印。

  

  渲染后的橫紋斜鱗蛇(Pseudoxenodon bambusicola)頭骨三維CT重建模型,視頻中頭骨各部分顯示的順序依次為腦顱(淺藍(lán)色)——吻部(黃色)——腭頜器(綠色)——懸器及下頜(深藍(lán)色)。

  蛇的軀椎骨遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他脊椎動(dòng)物,少則一百多枚,多則二三百枚。一般來(lái)說(shuō),體型越是細(xì)長(zhǎng)的蛇,椎骨數(shù)量就越多。像蝮蛇這類體型短粗的蛇類,軀椎骨一般只有100多枚;而很多游蛇的軀椎骨可達(dá)200多枚,如白條錦蛇。蛇類的尾椎一般有幾十枚——少則二三十枚,多則七八十枚。越是擅長(zhǎng)攀爬和疾走的蛇類,尾部越是細(xì)長(zhǎng),尾椎骨數(shù)量就相對(duì)越多,如過(guò)樹(shù)蛇、烏梢蛇;而地棲或穴居的蛇類尾部則比較粗鈍,其尾椎骨數(shù)量也就相應(yīng)地比較少,如沙蟒、兩頭蛇等。

蛇的上下頜能否分開(kāi)?

  答案是否定的。

  有人說(shuō)蛇之所以能吞下比自己寬得多的獵物,是因?yàn)樯舷骂M可以分開(kāi),也就是所謂的“脫臼”。

  但是,從上面的視頻中,不難看出,蛇的上下頜之間,以上顳骨(Supratemporal)和方骨(Quadrate)相連接(二者共同構(gòu)成“懸器”),上顳骨前端連接腦顱背側(cè),后端與方骨的上緣連接;而方骨下緣則通以鞍座形的圓凹關(guān)節(jié)面與下頜后端的復(fù)合骨連接。

  而上述這幾個(gè)部分之間又都以肌腱等軟組織緊密連接,彼此并不能完全脫離。但是,由于懸器包含了兩塊不同的長(zhǎng)條形骨骼結(jié)構(gòu),而兩者又均可在肌肉、韌帶的牽引下進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn),進(jìn)而控制上下頜的開(kāi)合運(yùn)動(dòng),因此,蛇類的上下頜往往可以張開(kāi)相當(dāng)大的角度。

  雖然蛇的上下頜無(wú)法直接分離,但是蛇的下頜兩端是可以分離的。這也是蛇與其它爬行動(dòng)物頭骨結(jié)構(gòu)中最大的不同點(diǎn)之一。

  蛇類的下頜最前端的骨塊為齒骨,兩側(cè)齒骨的前端彼此獨(dú)立,完全不接觸(讀到這,不妨摸一下自己的下巴,其實(shí)是我們的下巴包含了兩枚高度愈合的齒骨)。

  在蛇類吞咽獵物的時(shí)候,兩個(gè)彼此獨(dú)立的下頜往往會(huì)被獵物撐開(kāi)。我們并不需要擔(dān)心蛇的下巴會(huì)因此被撐破,因?yàn)樯哳愊麓谨[片間的皮膚和肌肉非常松軟,有很強(qiáng)的伸展性,因此即便被撐得很大也無(wú)妨。這樣一來(lái),蛇就可以將嘴巴張大到常人難以想象的程度。

  因此,“蛇吞象”的訣竅并不在于上下頜可以分開(kāi),而在于兩點(diǎn),其一是橫向的延展:是兩個(gè)可以彼此分開(kāi),獨(dú)立活動(dòng)的下頜;其二是縱向的擴(kuò)張:兩個(gè)彼此獨(dú)立的懸器——下頜關(guān)節(jié),使得蛇嘴能夠張開(kāi)足夠大的角度(見(jiàn)圖)。

  

  漁游蛇(Xenochrophis piscator)方骨及下頜在閉口(綠色顯示)和開(kāi)口(淺紫色)狀態(tài)下的變化

  

  莽山原矛頭蝮(Protobothrops mangshanensis)頭骨三維重建模型,其中上顳骨和方骨的關(guān)節(jié),以及方骨和下頜的關(guān)節(jié),是決定蛇類張嘴角度的主要因素。其上頜骨(maxilla)毒牙在翼骨(pterygoid)和外翼骨(ectopterygoid)的推拉下可以自由伸出和縮回。

蛇能夠吞下多大的獵物?

  首先可以確定的是,“蛇吞象”是不可能的。這只是一種夸張的說(shuō)法。但是,蛇類能夠吞下比自己頭和身體寬很多的獵物,是比較普遍的。

  至于大家好奇的問(wèn)題—蛇到底能吞下多大的獵物,這與蛇本身的體型大小有關(guān)。

  對(duì)于多數(shù)蛇類而言,吞下直徑比自己身體寬3~4倍的獵物往往是可能的:例如,一條成年的澳洲地毯蟒可以吞下成年的袋鼠;一條拇指粗的虎斑頸槽蛇可能吞下體寬5cm左右的蟾蜍。

  

  打開(kāi)澳洲蛇類網(wǎng)站,地毯蟒吞食袋鼠的圖片比比皆是(圖片版權(quán):Bernie Worsfold/7 News Sydney/Facebook

  如果拋開(kāi)食物本身絕對(duì)的大小不談,而是以食物和身體直徑的比例作為衡量標(biāo)準(zhǔn),那么,非洲的食卵蛇屬(Dasypeltis)也可以算是一類“吞咽高手”,它們成體只有鋼筆那么粗,卻能整整個(gè)吞下比自己寬好幾倍的鳥(niǎo)蛋,然后利用軀干與周圍輔助物之間擠壓產(chǎn)生的作用力將蛋殼擠碎,將蛋液消化。

  

  從食卵蛇(Dasypeltis scabra,標(biāo)本編號(hào)CAS 258669)的頭骨三維CT重建模型中,可以看出其牙齒大部分已經(jīng)退化

  

  食卵蛇吞食鳥(niǎo)蛋的過(guò)程中,其上下頜并未分離,但兩側(cè)下頜的兩端是分開(kāi)的

  值得一提的是,食卵蛇屬的成員幾乎全部都以鳥(niǎo)卵為食,它們的牙齒退化得幾乎所剩無(wú)幾——畢竟對(duì)于這種圓滾滾的食物來(lái)說(shuō),過(guò)多的牙齒只會(huì)給吞咽帶來(lái)阻礙。沒(méi)有牙齒的食卵蛇幾乎沒(méi)什么攻擊性,因此經(jīng)常淪為其它掠食者的獵物。

  然而,并不是所有蛇都傾向于吞咽大獵物的。在蛇類家族中,也不乏長(zhǎng)著“櫻桃小口”的成員,由于它們的食性專一,也不需要將嘴張得很大,只能吃很細(xì)小的食物,采取“小食多餐”的策略。例如,一些盲蛇以白蟻卵為食,它們的嘴就只能張開(kāi)很小的幅度。

  

  

  盲蛇的“櫻桃小口”看起來(lái)有幾分呆萌(圖片來(lái)源見(jiàn)水?。?/p>

  此外,眼鏡王蛇、金環(huán)蛇等眼鏡蛇科的劇毒蛇喜歡捕食其它蛇類,它們的上顳骨和方骨較為短粗,因此,嘴巴也不能張得很大。畢竟,想吞下它們鐘愛(ài)蛇類獵物,不需要一張“血盆大口”,只要上下頜交替收攏,就可以像吃面條一樣將獵物送入口中。而另一方面,當(dāng)它們吞食蜥蜴等較為粗胖的獵物時(shí),就顯得頗為吃力。

  至于大家擔(dān)憂的,蛇能不能把人吞下去,同樣的要看種類和體型。目前,有確切的食人記錄的蛇類是生活在東南亞的網(wǎng)紋蟒(Python reticulatus)。然而,這種事件發(fā)生的概率是微乎其微的。

關(guān)于蛇的謎題,還有很多

  在不少文化中,蛇身上都籠罩著濃厚的神秘色彩,其實(shí)對(duì)于科研工作者來(lái)說(shuō),也是如此。

  在地球生命億萬(wàn)年的演化歷史長(zhǎng)河中,如果說(shuō)不斷出現(xiàn)與消失的物種們共同組成了一棵枝繁葉茂的“大樹(shù)”,那么,丟掉四肢、拉長(zhǎng)身軀、擁有大嘴和巨胃的蛇類,可以說(shuō)是這棵樹(shù)上一枝獨(dú)秀的“奇葩”。

  雖然我們已經(jīng)對(duì)蛇有所了解,但前方還有更多的未知,例如,它們?cè)谘莼袨楹我獊G掉四肢,如何擁有與眾不同的修長(zhǎng)身軀,為何演變出一張靈活的大嘴……這都將是科研工作者們孜孜不倦嘗試解開(kāi)的謎題。

  注:本文中的CT掃描及三維重建工作完成于中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所高精度CT實(shí)驗(yàn)室

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