无需解剖:研究人员创建出鲨鱼肠道高分辨率3D图像

2021年07月21日 11:26 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,跟大众媒体所描述的相反,我们实际上并不知道鲨鱼吃什么。我们对它们如何消化食物以及它们在更大的海洋生态系统中扮演的角色知之甚少。一个多世纪以来,研究人员一直在依靠鲨鱼消化系统的平面草图来识别它们的功能及它们吃的东西和排泄的东西对海洋中其他物种产生的影响。

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现在,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,这项工作将有助于进一步了解鲨鱼是如何进食和消化食物的。

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加州州立大学多明格斯山分校的助理教授、该研究的第一作者Samantha Leigh指出:“是时候使用一些现代技术来研究这些鲨鱼的螺旋状肠子了。我们开发了一种数字扫描这些组织的新方法,现在可以在不切开它们的情况下看到软组织的非常细节。”

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《Proceedings of the Royal Society B》上发表了他们的研究成果。

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据悉,研究人员主要使用华盛顿大学星期五海港实验室的计算机断层扫描(CT)扫描仪来创建鲨鱼肠道的3D图像,而这些图像都是来自洛杉矶自然历史博物馆保存的标本。这台机器的工作原理就像医院里使用的标准CT扫描仪:从不同角度拍摄一系列X射线图像,然后用计算机处理结合起来生成三维图像。这使得研究人员可以在不解剖或干扰的情况下看到鲨鱼肠道的复杂性。

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“CT扫描是了解鲨鱼肠道三维形状的唯一方法之一,”研究论文合著者、华盛顿大学周五港实验室教授Adam Summers表示,“肠道是如此复杂--它拥有如此多的重叠层,解剖会破坏组织的环境和连接。”

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通过扫描,研究人员发现了鲨鱼肠道功能的几个新方面。这些螺旋状的器官似乎减缓了食物的运动并引导食物通过肠道向下移动,除了依靠蠕动外还依赖重力。它的功能类似于一个多世纪前尼古拉·特斯拉设计的单向阀,这种单向阀,其允许流体在没有回流或任何运动部件的帮助朝一个方向流动。

这一发现可能会为鲨鱼如何进食和加工食物提供新的线索。Leigh表示,由于大多数鲨鱼通常几天甚至几周后才会去吃一顿大餐,所以它们能在自己的系统中保存食物并尽可能多地吸收营养。由螺旋状的肠道引起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,并且它们处理食物所消耗的能量也会更少。

研究人员表示,因为鲨鱼是海洋中的顶级掠食者,同时还会吃很多不同的东西--无脊椎动物、鱼类、哺乳动物甚至海草--它们自然控制着许多物种的生物多样性。了解鲨鱼如何处理它们所吃的食物以及它们如何排泄废物对了解更大的生态系统至关重要。

“我们对鲨鱼的绝大多数种类及它们的大部分生理机能一无所知。每一个自然史观察、内部可视化和解剖调查都向我们展示了我们无法猜测的东西。我们需要更仔细地去研究鲨鱼,特别是我们需要更仔细地研究下颌以外的部分及那些不跟人类互动的物种,”Summers说道。

据悉 ,研究人员们计划使用3D打印机创建出几种不同的鲨鱼肠道模型以测试材料如何在结构中实时移动。另外,他们还希望跟工程师合作以利用鲨鱼肠道作为工业应用的灵感。

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