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二号站平台研究表明昆虫是如何调整它们对重力的生理反应的

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如果你跳下床太快,你可能会感到有点头晕。
 
这是因为当你躺下的时候,重力会让你的血液在身体的下部而不是大脑中流动。幸运的是,当你站起来的时候,在几分之一秒内,你的心脏开始加速跳动,血液流向大脑,让你保持平衡。
 
当你倒立时,相反的情况会发生。重力会导致血液涌向大脑,所以你的心跳会变慢,而通向大脑的血管会收缩,以防止过多的血液在那里堆积。
 
但昆虫并没有封闭的循环系统,它们的血管会限制液体在身体的某些部位流动。那么,当它们需要爬树或倒挂在树枝上等待猎物时,如何控制重力的影响呢?
 
亚利桑那州立大学生命科学学院的教授乔恩·哈里森和弗吉尼亚理工大学工程学院的教授杰克·索查发表了第一份研究报告,证明了昆虫是如何在重力作用下调整心血管和呼吸活动的。研究结果发表在今天的《美国国家科学院院刊》上。
 
有趣的是,这从未在无脊椎动物中被研究过。这是我一直感兴趣的,因为血液不在血管里。这是一个开放的循环系统,所以典型的生物学家可能会说,好吧,血液肯定就在那里流动,但我们实际上并不了解昆虫血液循环的情况。”
 
乔恩·哈里森,亚利桑那州立大学生命科学学院教授
 
但是多亏了这项研究,他现在开始有了想法。哈里森和他的同事拍下了活体昆虫的x光照片,发现当蚱蜢处于抬头姿势时,它们的头部充满了露天的囊状物,而且几乎没有液体(被称为血淋巴或无脊椎动物的血液)。在它们的腹部,情况正好相反:压缩气囊和大量的液体。
 
然而,当蚱蜢低下头时,它们的头部充满了液体和压缩空气囊,而它们的腹部只有很少的液体和很多的露天囊。
 
为了了解更多,他们注射了一种放射性示踪剂来追踪全身的血淋巴,发现它是对重力的反应。这表明,重力导致血液在蚱蜢体内向下流动,就像在人类体内一样。
 
有趣的是,蚱蜢在清醒状态下可以有效地对抗重力对血液流动的影响,而在麻醉状态下则不然。因此,和脊椎动物一样,蚱蜢也有调节自身血液受重力影响的机制。所以它不仅仅是一个流动的池子。但是机制是什么呢?哈里森和他的同事们正在着手解决这个问题。
 
首先,就像脊椎动物一样,蚱蜢体内似乎有某种功能瓣膜来阻止重力驱动的血液流动。弗吉尼亚理工大学的研究人员发现,血压与重力无关,支持了这一新假设。此外,蚱蜢头部的血压与其腹部的血压无关,这也是其心脏瓣膜存在的证据。
 
在亚利桑那州立大学,哈里森实验室的本科生和博士后研究人员发现,心率和呼吸率都对身体的方向和重力有反应。将头朝下(类似于人倒立)的蚱蜢降低了心率,以减少大脑中的积液。然而,他们的换气率增加了。哈里森说,他们认为这是因为大脑周围的气囊被压缩了,2号站注册登录所以大脑很难获得足够的氧气。
 
因此,蚱蜢至少有三种方式来补偿重力;心率、呼吸频率和功能瓣膜的变化。我相信我们还不知道其他事情。”哈里森说道。
 
至于它们生理的其他方面,昆虫的身体能够对它们活跃的生活方式做出复杂的反应。
 
“如果你观察蚱蜢,你会发现它们无处不在。他们头朝上,头朝下,侧着身子,”哈里森说。“它们的身体姿态非常灵活,就像大多数昆虫一样。现在我们知道,当它们改变方向时,它们必须像人类一样对重力做出反应,它们甚至表现出许多相同的生理反应。这是一个生动的例子,表明了在生理上是多么相似的动物,尽管它们可能看起来有多么不同。”

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