x光图像如何帮助揭示昆虫对重力的生理反应-

时间:2020-01-23 18:01 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

x光图像如何帮助揭示昆虫对重力的生理反应-

想象你被颠倒过来,倒立在头上。几秒钟后,由于血流增加,你会感到头部有压力。众所周知,人类和其他脊椎动物对重力有生理反应,反应随体型的增大而增加。

弗吉尼亚理工大学工程学院生物医学工程和力学教授杰克?索查在《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究《昆虫对重力的生理反应》表明,昆虫也会受到类似的重力生理影响。

Socha与亚利桑那州立大学环境生理学教授Jon Harrison以及本科生、研究生和博士后一起,评估了重力对昆虫的影响,并发现了一种被称为功能分区的积极反应。

为了确定对美国血吸虫(俗称美国蚱蜢)的影响,研究小组分析了阿贡国家实验室的x射线图像,以观察它们的内部系统。在一些图像中,蚱蜢头朝上,而在另一些图像中,蚱蜢头朝地。

在分析蚱蜢的x射线图像时,研究人员发现,当昆虫向上(直立)时,位于头部的气囊大大扩张,而腹部的气囊较小。当动物头朝下时,情况正好相反:头部下半部分的肺泡变小了,而胸部的肺泡却大大扩大了。

“没人料到小昆虫会因为它们的重力方向而产生任何形式的反应,”Socha说,他同时也是弗吉尼亚理工大学生物运输学院的主任,该学院是一个跨学科的研究生团队,由生物学家和工程师组成,共同研究环境和生理系统中的运输。“这个项目一开始是在x光图像中看到一些奇怪的东西,然后提出问题。”

他们的发现表明,重力的压力可能会影响昆虫的身体和身体系统,就像人类一样。这与科学思想相悖,并可能在未来的研究中产生更大的影响。

Socha把这种效果比作跳进一个深游泳池。当一个人往水里潜得越低,压力就越大。同样的概念也适用于蚱蜢的身体。身体较低的部分,或身体其他部分之下,血压较高,因此肺泡受到压迫。

然而,当昆虫醒来时,反应是不同的。气囊对方向的改变较小。为了进一步分析这种被称为功能区域化的主动反应,研究人员进一步研究了蚱蜢。

“我们的研究结果表明,动物可以控制自己的身体内部,”Socha说。“今年早些时候,我们发表了一篇有类似发现的论文。我们分析了甲虫,发现它们有活跃的身体反应来补偿身体上的力量。所以,我们对其他动物的其他生理反应很感兴趣。”

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蚱蜢和其他昆虫有开放的循环系统,这意味着它们的血液不包含在封闭的动脉或静脉中。对开放循环系统的经典理解是,血液在体内自由流动,就像瓶子里的液体,体内的压力都是相似的。研究小组发现,这些昆虫实际上可以通过一个灵活的阀门系统来分离或改变体内压力。

“这很了不起,”Socha说。“我们在x光中看到了一些奇怪的现象,所以我们有了一些想法。这一发现为我们得出结论提供了证据,即蚱蜢确实有一种抵消重力的机制,这与大多数科学家的直觉相悖。”

研究人员还发现,就像在人类身上观察到的那样,蚱蜢的心率会随着方向的改变而改变。由于重力阻碍血液流向大脑,人们有时会因为站得太快而感到头晕;快速反应导致心脏更用力地跳动以克服重力效应。

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虽然昆虫没有血管和动脉的封闭循环系统,但大多数昆虫的心脏都是管状的。这些研究人员发现,蚱蜢的心率在头朝下时减慢,在头朝上时加快,从而提供了更多的证据,证明昆虫的系统不仅受到地心引力的影响,而且还具有积极的生理反应,以抵消地心引力的影响,这与科学预测相反。

“我们有多个指标指向蚱蜢的身体方向,”Socha说,他也是弗吉尼亚理工大学生物科学和机械工程系的成员。“它们对其相对于重力的方向做出生理上的反应,并在其体内有能够处理这种情况的机制。”蚱蜢能够改变它们的心率、呼吸频率,并在功能上划分它们的身体以控制压力。”

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