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鲨鱼肠道就像一个“天然”的特斯拉阀门,能推动液体单向流动且节省耗能

前瞻网    2021-07-21 14:51

 

鲨鱼的肠道呈螺旋状,其工作原理类似于尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)设计的一种不同寻常的瓣膜。你可能想象不到——研究它们的解剖结构,竟然还有助于改进工业流体泵技术。

大多数动物都有管状肠道,通过肌肉收缩推动食物前进,就像挤压牙膏一样。但是,鲨鱼慢慢地以螺旋状的方式输送食物,而不需要肌肉来推动食物。加州州立大学多明格斯山分校(California State University Dominguez Hills)的萨曼莎·利(Samantha Leigh)表示,它们的肠道形状也只允许食物单向流动——就像性能增强的特斯拉阀门。

鲨鱼肠道就像一个“天然”的特斯拉阀门,能推动液体单向流动且节省耗能

鲨鱼体内这种仿生型的差异化微调,可能正是让这种结构模型更有效率的背后秘密。

研究人员已经对近36种鲨鱼的肠道,进行了一系列高分辨率、3D扫描,这将有助于进一步了解鲨鱼是如何进食和消化食物的。

Samantha Leigh和她的同事通过手术,从32条死鲨鱼身上取出了整个消化管,这些死鲨鱼要么是捐赠给他们的项目,要么是在洛杉矶县自然历史博物馆保存的,代表着22个鲨鱼家族。它们都有四种不同的螺旋肠:柱状的,看起来像螺旋楼梯;卷轴,看起来像一张卷起来的纸;还有两种,一种是向上的,一种是向下的。

研究人员在用计算机断层扫描扫描之前,将所有的肠道填满液体并冷冻干燥以保持其自然形状。通过这些扫描,他们创建了虚拟3D模型,让人们首次了解这些“天然”特斯拉阀门的结构和功能。

然后,使用四种类型的肠的未冷冻样本,研究人员发现液体需要大约35分钟才能以正常的方向流过螺旋状肠。然而,当他们将螺旋状的肠道倒置时——与正常的流动相反——液体通过这两种漏斗类型的时间,是之前的两倍。

研究小组还测试了五种最近被安乐死的太平洋刺角鲨(Squalus suckleyi)的螺旋肠功能,方法是让不同厚度的彩色液体穿过这种螺旋生物结构。

由于鲨鱼刚刚死亡,它们的螺旋肌肉仍然对液体的存在做出反应。研究人员确定,这些收缩“混合和搅动”了液体,而不是推动它们前进。“仅仅是肠的结构本身,就能完成这种单向移动的工作。”

研究人员由此表示,由螺旋状肠道导致的食物在肠道中的缓慢移动,可能会让鲨鱼保留食物的时间更长(通常几天甚至几周后才吃一顿大餐),而且它们处理食物所消耗的能量也更少。

受鲨鱼启发的技术,可能特别适用于那些要求水流朝一个方向流动且耗能最少的行业,比如从废水中过滤微塑料。

虽然科学家们仍然不知道为什么鲨鱼有这些特殊的肠道,但他们怀疑——鲨鱼可能从食物中提取了最多的营养,这可以帮助它们在不吃饭的情况下存活数周。

来自加州州立大学多明格斯山分校、华盛顿大学和加州大学欧文分校的研究小组于7月21日在《英国皇家学会学报B》上发表了他们的研究成果。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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