Прежде чем начать анализировать механизм действия языка саламандры, попробуйте быстро высунуть собственный язык. Это движение обеспечивается сложным взаимодействием мышц. Наш язык представляет собой группу мышц, обернутых соединительной тканью и покрытых вкусовыми сосочками. Другие мышцы соединяют язык с костями челюсти и гортани. Когда вы высовываете язык, работают его внутренние мышцы (которые меняют форму и из расслабленных и плоских становятся твердыми и вытянутыми) и внешние, выталкивающие язык наружу. Одна из главных мышц, заставляющих язык высовываться, прикрепляется к основанию подбородка и тянется до основания языка. Когда эта мышца, называемая подбородочно-язычной, сокращается, ваш язык высовывается наружу.
Люди используют подбородочно-язычную мышцу, чтобы есть и говорить. Иногда на этой мышце проводят хирургическую операцию для избавления от храпа. Подтяжка мышцы приводит к тому, что в состоянии покоя язык немного выдвигается вперед из гортани. И в результате перестает препятствовать движению воздуха во время сна, чем избавляет от храпа и, возможно, от апноэ.
Хотя мы справедливо гордимся своей способностью говорить, важную роль в которой играют движения языка и подбородочно-язычной мышцы, нам бессмысленно пытаться ухватить языком летящее насекомое. Такой язык, как у нас, высовывается недостаточно далеко и недостаточно быстро. Вероятно, это неплохо, учитывая наши нормы общественного поведения и пищевые предпочтения, но у саламандр совсем иная ситуация.
У многих саламандр тоже есть подбородочно-язычная мышца, и она важна для питания. У ряда видов эта мышца превратилась в длинную ленту, сокращение которой позволяет языку выстреливать изо рта. Именно такой тип высовывания языка чаще всего встречается у разных видов саламандр. Однако на Олимпийских играх такие животные не прошли бы даже отборочные соревнования: это хороший механизм, но он несравним с другими невероятными механизмами. Скорость сокращения подбородочно-язычной мышцы накладывает физические ограничения на скорость работы ротового аппарата. Это быстрая система, но ее скорость недостаточно высока, чтобы ловить многих быстрых насекомых.
Саламандры из рода Bolitoglossa, которых, в частности, изучал Уэйк, могут высовывать язык на половину длины тела и убирать его обратно меньше чем за две тысячные доли секунды. То, как они едят, производит неизгладимое впечатление. Их язык движется так быстро, что его перемещение практически невозможно заметить, даже в замедленной съемке в видео на YouTube. Ставит в тупик тот факт, что ни одна мышца саламандры не может сокращаться с такой скоростью, с которой высовывается язык; язык выстреливает быстрее, чем движутся мышцы. Кажется, что эти саламандры опровергают законы физики.
В 1960-х Дэвид Уэйк и его аспирант Эрик Ломбард почти десять лет потратили на изучение языка саламандр, чтобы понять, как он работает и, что также очень важно, как он появился. Они препарировали языки саламандр разных видов и внимательно изучали каждую мышцу, косточку и связку. С помощью пинцета они манипулировали разными костями и мышцами, пытаясь имитировать движение языка. Через несколько десятков лет один из учеников Уэйка заснял эти мгновенные движения языка, чтобы увидеть, как мышцы и кости совместными усилиями делают то, что кажется невозможным.
Уэйк обнаружил, что язык саламандр функционирует как необычайно сложный биологический пистолет. Эти особенные саламандры не просто высовывают язык. Их язык выстреливает изо рта, как пуля на резинке. Само по себе это уже достаточно странно, но дело в том, что “пуля”, которой стреляют саламандры, представляет собой маленькие косточки жаберного аппарата, связанные с липким кончиком языка. Саламандры буквально в мгновение ока выталкивают части жабр на половину длины тела. А затем не менее удивительным образом язык убирается в рот так же быстро, как высунулся наружу.
У саламандр с выстреливающим языком нет подбородочно-язычной мышцы. Эта мышца сокращается слишком медленно и только мешала бы выстрелу языком. Кроме того, у большинства видов саламандр жаберные кости прикреплены с двух сторон головы и служат основанием жаберных филаментов. У саламандр с выстреливающим языком другое строение. Жаберные кости не связаны с черепом, а прикреплены к языку и выстреливают, как пуля.
Чтобы представить себе язык саламандры в действии, вообразите, что вы большим и указательным пальцами зажимаете арбузное семечко. Арбузное семечко скользкое и имеет заостренную форму. Когда вы скользите по нему кончиками пальцев, оно выстреливает быстро и далеко. То же самое происходит с языком саламандры. Специальные мышцы осуществляют сдавливание, а кости жаберного аппарата образуют скользкую скошенную поверхность. Когда мышцы сокращаются, косточки выстреливают, как арбузное семечко.
В выстреливающем языке есть две выступающие жаберные кости, похожие на регулируемую вилку с зубьями, направленными в сторону хвоста. Эти длинные стержни скользкие и скошенные и напоминают арбузное семечко. Вокруг них по всей длине располагаются сжимающие мышцы. Когда эти мышцы напрягаются, они сдавливают стержни, и те выстреливают изо рта. В результате кончик языка с жаберными костями попадает в цель. Если все прошло удачно, насекомое прилипает к языку и затягивается в рот.
Но было бы плохо, если бы саламандры могли стрелять языком и захватывать насекомое и при этом не могли затянуть добычу или язык обратно в рот. Возможно, мысль о саламандре, которая не может свернуть язык и убрать его, кажется комичной, но для саламандры это было бы смертельно. Доступное для хищников и не имеющее возможности питаться животное практически наверняка погибло бы. Однако есть умное решение. У всех саламандр брюшная полость окружена мышцами, тянущимися от бедер до самых жабр. Эти мышцы нужны для поддержки тела. У видов с наиболее быстро выстреливающим языком волокна двух групп мышц сливаются, образуя единую мышцу, идущую от таза к специализированным жаберным костям. Представьте себе гигантскую пружину: когда жаберные кости выстреливают, мышечная лента сжимается, чтобы вернуть аппарат в исходное положение.
Выстрел языка саламандры – биологическое чудо
Происхождение этого сложного биологического органа связано не с изобретением каких-то новых структур или хотя бы костей, а с изменением функции уже существовавших костей и мышц. Мышцы, выталкивающие язык, используются другими саламандрами при глотании. Кости, которые раньше поддерживали жабры, стали скошенными с одной стороны и превратились в снаряды. Подбородочно-язычная мышца исчезла, чтобы не мешать дальнему полету снаряда. Брюшные мышцы слились и образовали пружину, возвращающую язык на место. Такое изменение функций создало естественное чудо – чрезвычайно хитроумное изобретение с вовлечением многих частей тела.
Но хотя язык саламандры сам по себе удивителен, другая часть исследований Уэйка показала нечто еще более фантастическое.
