Проглотившие добычу жабы-ага ударили языком по своему сердцу

Язык жабы-ага при заглатывании добычи втягивается настолько глубоко внутрь тела, что бьет по сердцу. Такое открытие сделали ученые, проанализировав механику питания этих земноводных. Изучение взаимодействия языка и других анатомических структур при захвате и глотании добычи дает большее представление об экологии питания лягушек, пишут авторы исследования в журнале Integrative Organismal Biology.

Неприхотливые и выносливые, лягушки являются популярными модельными объектами в биологии и экспериментальной медицине. Из клеток лягушек ученые уже создали микророботов, а у взрослых особей научились запускать процесс регенерации конечностей. При этом, хотя механика питания бесхвостых земноводных (Anura) и изучается биологами с 1800-х годов, до сегодняшнего дня о том, что происходит внутри лягушки после того, как она смыкает челюсти, известно немного — поскольку эти структуры скрыты от глаз наблюдателя.

Группа ученых под руководством Кристофера Майерла (Christopher Mayerl) из Университета Северной Аризоны изучила механизм питания у жаб-ага, также называемых тростниковыми жабами (Rhinella marina). Оптимально подходящими для такого исследования жаб-ага сделали их прожорливость и сравнительно крупный размер — средняя длина тела изученных жаб составила 21,23 сантиметра.

Ученые использовали рентгеновскую реконструкцию движущейся морфологии (XROMM), которая позволяет отслеживать движения анатомических структур на рентгеновском видео. В грудной пояс, язык и подъязычный аппарат трех крупных взрослых жаб имплантировали танталовые маркеры. Также маркеры закрепили на коже черепа и нижней челюсти животных с помощью цианоакрилатного клея: поскольку кожа жаб-ага плотно прилегает к черепу и челюстям, маркеры на ее поверхности позволило точно отразить движения этих структур.

После амфибий поместили в прозрачный контейнер и предложили добычу — индийских сверчков (Gryllodes sigillatus), слегка присыпанных барием. Благодаря этому движение сверчков по ротовой полости и пищеводу лягушек было лучше различимо на рентгеновском видео.

В 93,5 процента попыток жабы успешно поймали предложенную добычу. Средняя продолжительность полного цикла кормления, то есть, время от момента, когда жаба лишь начала движение головы в сторону сверчка до возвращения всех структур на свои места, составило 1,52±0,28 секунды. В этот короткий промежуток происходил процесс, который ученые разделили на четыре фазы: захват добычи, ее транспортировка, глотание и восстановление.

Захват добычи длинным липким языком составил лишь 12,5 процентов от времени всего цикла питания. Большую часть заняли транспортировка, глотание добычи и восстановление положения всех структур.

Движение танталовых маркеров позволило впервые отобразить движения анатомических структур внутри тела лягушки после того, как она закрывает рот. К тому моменту, как челюсти захлопываются, язык втягивается максимально глубоко, а задняя часть подъязычной кости упирается в сердце. После этого подъязычный аппарат совершает скребущее движение по верхнему своду ротовой полости. Затем подъязычная кость вытягивается вперед и возвращается в исходное положение — вероятно, таким образом лягушка снимает добычу со своего липкого языка и направляет ее в пищевод.

Расстояния выбрасывания и втягивания языка оказались неравны. Максимальное расстояние, на которое лягушки вытягивали язык, в среднем составило 80,52±1,97 процентов длины черепа. Для втягивания это значение составило 87,89±1,35 процентов. При том, что вытягивая язык три подопытные жабы показали довольно большой разброс значений (минимальное значение составило 2,7 сантиметра, а максимальное — 5,3 сантиметра), расстояние втягивания языка оказалось менее вариативным. Вероятно, это обусловлено анатомическим ограничением: когда подъязычная кость упирается в сердце, ей просто некуда двигаться дальше. В то же время расстояние, на которое жаба вытягивает язык, может зависеть от ее размеров или дистанции до добычи.

Также на видео зафиксировали промахи: неудачные попытки жаб поймать сверчка. Промахиваясь, жабы совершали примерно те же самые движения — за исключением того, что подъязычная кость не поднималась и не прижимала язык к верху ротовой полости. Это позволяет предположить, что движения при кормлении у жаб не рефлекторны: вероятно, жаба способна определить, была ли попытка захвата добычи удачной.

Несмотря на то, что такое подробное представление о движении и координации анатомических структур лягушки при питании получено впервые, ученые сообщают, что обобщать результаты исследования и экстраполировать их на остальных лягушек пока рано. Это связано с исключительным разнообразием подъязычного аппарата и его мускулатуры у лягушек: современной науке известно около 7500 их видов, и многие из них имеют уникальную морфологию подъязычной кости и языка. Так, у лягушек, питающихся в воде, язык часто уменьшен, а у суринамской пипы (Pipa pipa) он вовсе отсутствует — питаясь, она всасывает свою добычу. Для лучшего понимания экологии питания лягушек и эволюционных траекторий необходимы дальнейшие исследования, включающие в себя разные виды бесхвостых позвоночных.

Ранее предполагалось, что втягивание глаз у лягушек играет важную роль в проглатывании добычи. Однако наблюдение за жабами в рамках этого исследования показало, что глотание не зависит от того, втягивает ли животное глаза. Как и многие другие лягушки, жабы-ага иногда заглатывают добычу, которая велика по отношению к их рту — например, взрослых мышей. В связи с этим ученые предполагают, что лягушки закрывают глаза при питании лишь для того, чтобы защитить их от возможного удара хвостом или конечностями добычи. Вопреки распространенному мнению, что лягушки не обладают острым зрением, недавнее исследование подтвердило, что глаза чрезвычайно важны для многих лягушек и сильно отличаются от вида к виду. В одном из предыдущих материалов N + 1 также можно увидеть видовое разнообразие этих амфибий.