出品：科普中國
製作：蘇澄宇
監製：中國科學院計算機網路資訊中心
說起青蛙捕食，你的腦海中一定會浮現出這樣的場景：一隻青蛙伸出長長的舌頭，以迅雷不及掩耳之勢，粘住在空中撲騰的蒼蠅，然後快速收回口中。
圖片來源：gizmodo.com
哪怕沒有親眼看到過，但你應該很熟悉這個過程，因為這個場景被多次用來做成科普插畫、小遊戲、動畫場景等等。
當然，還有各種搞笑影片。
研究青蛙舌頭的靈感，就來源於一則搞笑影片
有一天，就職於佐治亞理工學院的生物物理學家Alexis C. Noel（以下簡稱諾埃爾）正在網上衝浪，刷到了這麼一個影片：
影片動圖（圖片來源：ThumbPress）
這個影片很火，起碼在2011年的時候是爆款，播放量在油管上達到了1300w。短短的26秒中，一隻青蛙正在吐舌頭攻擊手機螢幕裡的螞蟻，想要吃掉它們……
一個想法在諾埃爾的腦海中一閃而過：青蛙是怎麼迅速地用舌頭粘住蟲子的？她覺得這是一個值得研究的問題。
於是諾埃爾做的第一件事，就是跑到亞特蘭大動物園，用高速攝影機拍下各種青蛙捕食蟲子的影片。這個倒黴的蟲子正是蟋蟀。
圖片來源：文獻1
透過對影片進行分析，她發現，一隻青蛙在0.07秒內就可以捉到一隻蟋蟀。換句話說，如果你眨眼需要0.2秒，那麼在你眨眼之間，它就可以捉3只蟋蟀了。
圖片來源：文獻1
青蛙用來捕食的舌頭不僅速度快，力量也大。在這短短的一瞬間裡，舌頭的加速度能達到重力加速度的12倍。也就是說，一隻小小的蟋蟀在被青蛙舌頭攻擊到的一瞬間，就像被一元硬幣砸到了。
蟋蟀重量也就0.7克左右，而一個硬幣大約是5克，如果你是那隻蟋蟀，你感受到的力相當於被幾個兩百斤的胖子壓在身上。
粘糊糊的青蛙舌頭，神奇在哪裡？
大家一定很好奇，用手摸青蛙粘糊糊的舌頭是什麼感覺，諾埃爾也很好奇。於是，她用手去測試了一下，嗯，果然很粘。
圖片來源：文獻1
具體是什麼感受，諾埃爾是這麼說的：摸起來就像棉花糖或嚼過的口香糖。
青蛙的舌頭粘不是因為舌頭本身，而是因為舌頭上粘液腺分泌的、像水凝膠一樣粘附著的唾液。所以諾埃爾和同事從各種青蛙和蟾蜍的嘴中弄下來粘糊糊的唾液，作為實驗樣本進行測試。這些唾液的厚度是人類唾液的7倍，最厚達到了0.7mm。
右側是青蛙唾液，左側是一個參考物（圖片來源：文獻1）
為了進一步分析，諾埃爾從大學生物課上解剖過的青蛙嘴裡，把舌頭弄出來，然後一點點地用勺子慢慢地刮唾液。光是弄唾液這件事，就花了好幾個小時……
圖片來源：文獻1
然後把這些唾液放到椎板流變儀（一種測試液體粘度的儀器）上測試，結果顯示這些粘液的粘度達到了70pa/s。你可能對這個數值不太敏感，換算一下，它代表著青蛙唾液粘度是人類的50000倍。是不是感覺很恐怖……
圖片來源：文獻1
青蛙口水的粘度，還會變來變去
但其實，青蛙唾液只有在某種情況下才這麼粘，其他時候粘度則不太高。為什麼會這樣？
因為這些唾液兼具了流體和固體的性質。你也許聽過這麼一個概念——非牛頓流體。簡言之，流得越快，粘性就越低。對的，青蛙的口水也是非牛頓流體。
在青蛙吐出舌頭，碰到蟋蟀的時候，唾液的粘性會降低100倍，然後口水會完全包裹住蟋蟀，進入其每一個縫隙。
當青蛙舌頭開始往回拉的時候，相對而言，收回的速度比伸出去的速度慢了不少。這時候，粘液變得非常粘稠，蟋蟀就被完全粘在了舌頭上。
這種感覺就像你在刷牆一樣，如果刷牆的速度很快，會感覺很順暢，但如果慢到一定程度，就會有一種粘糊糊的感覺。
問題來了，既然唾液這麼粘，青蛙是怎麼把它吞下去的呢？
答案是——用眼珠子來幫助吞嚥。科學家用X光機觀察青蛙的吞嚥場景，發現當蟋蟀進入了青蛙口中，青蛙必須把蟋蟀鬆開。
青蛙吞嚥蟋蟀前（圖片來源：文獻2）
青蛙吞嚥蟋蟀後，注意眼珠子的位置變化（圖片來源：文獻2）
這時候，青蛙的眼珠子會往回縮，透過眼部肌肉帶動緊密相連的口腔肌肉，把食物推進去，來幫助吞嚥。這就是青蛙用舌頭捕食的秘密。
為什麼我們要研究這麼一個“無聊”的東西？
青蛙利用口水捕食，看起來是個很無聊的研究，不過說到這，就得提到諾埃爾的導師胡立德，他本身就是一個做無聊研究的教授，比如哺乳動物尿尿都是21秒……甚至他還得過搞笑諾貝爾獎。有人問他，搞這些研究不是浪費經費嗎？他回應：我就是這個國家最浪費的科學家！當然也只是調侃而已。
回到青蛙捕食的問題，這個研究最有可能用到的地方就是研究出一種高速粘接的可逆膠水，即可以透過控制速度達到不同粘性的膠水，在需要粘東西的時候跟502膠一樣，而在需要脫落的時候能馬上失去粘性。
有的科學研究做出來就能發揮價值，叫應用科學；有的科學研究可能要十年甚至幾十年後才能發揮價值，叫基礎科學。研究青蛙的舌頭屬於後者，這也就是研究“無聊”科學的意義。
參考文獻：
[1] Noel A C, Guo H Y, Mandica M, et al. Frogs use a viscoelastic tongue and non-Newtonian saliva to catch prey[J]. Journal of the Royal Society Interface, 2017, 14(127): 20160764.
[2] Hammerman DL. 1969The frog tongue: I. General development and histogenesis of filiform papillae and mucous glands in Rana catesbeiana. Acta Zool. 50, 11–23.
