在黑暗中0.5秒锁定猎物，蛇是如何“看清”的？撰文 | 哈里尼·巴拉特（Harini Barath）翻译 | 张宇哲我们知道，部分蛇类可以感应到猎物辐射出的热量，从而在黑暗中捕猎，这其中包括蝮蛇和蟒蛇等等。不过，它们是如何将热量处理为“可见的”图像的？美国休斯顿大学和罗格斯大学的研究人员提出的一种模型，或许能回答这一问题。相关研究发表于《物质》（Matter）杂志。
这项研究或许还可以帮助改进将热量转化为电信号的材料，并用于传感器或能量收集等等。漏斗状颊窝位于蛇鼻孔附近，它覆盖着一层薄薄的膜，好似一双能够感受热量的眼睛。这个结构极其敏感，即便在完全黑暗的环境中也能在半秒内锁定40厘米开外的猎物。生物学家曾在这层薄膜的神经纤维上做过检测，发现了因温度变化而被激活的带电离子通道。
尽管已经认识到这层薄膜可以快速升温，但研究人员仍然不清楚颊窝上的热量变化是如何转化为电信号，并进一步传递到大脑的。美国休斯顿大学机械工程师普拉迪普·夏尔马（Pradeep Sharma，研究的共同作者）表示，“自然界中的确存在能够将热量转化为电信号的热电材料，不过一般很少见，往往是硬质晶体。目前科学家还没有在蛇的组织中检测到类似的晶体。
但是，我们跟进研究的是一种类似于生物细胞，能够在特定环境中充当弱热电体的柔软材料。”夏尔马和他的团队构建了一种数学模型，展示了如何在可变形的热敏材料中移动静电荷。这种材料在加热时会变厚，用它制造的薄膜可以模拟颊窝上的薄膜。大多数生物细胞（包括组成颊窝薄膜的细胞）都会在其外表面产生微弱的电压。团队研究发现，薄膜变厚会轻微改变细胞内电荷，从而产生能够被神经细胞感知的电压变化。
夏尔马和团队在真实环境中测试了这套理论模型，发现在与周围环境温度和距离一致的情况下，探测猎物的速度也和现实中的蛇一致。在此前的研究中，耶鲁大学神经系统科学家叶连娜·格拉乔娃（Elena Gracheva，并未参与这项研究）已经证明了离子通道在蛇感应热量时的作用。如今，格拉乔娃评论道，这项关于信号转换的开创性研究“为生物学家在未来验证这项模型奠定了基础”。
夏尔马认为，这项研究还能带来新的技术：“我们可以利用相同的模型研制具有热电属性的人造材料，这类技术或许可以在材料科学领域中大放异彩。”