【前沿科普】我太激动了，《疯狂动物城2》里居然出现了它！

最近动画电影《疯狂动物城2》在中国上映，凭借可爱的角色和精彩的剧情收获了大量好评，打破了多项票房记录。大家都在讨论兔子朱迪和狐狸尼克的回归，而我，一个专门研究蛇类的人， 却为另一件事特别激动——等了整整九年，电影里终于有蛇了！

没错，在爬行动物缺席第一部作品后，《疯狂动物城2》首次引入了以蛇类为原型的全新角色——“盖瑞”。

在电影设定中，盖瑞是一条青蓝色的蝮蛇

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而自然界中与之最相似的原型是海岛竹叶青（Trimeresurus insularis）（图片来源：李梓豪）

盖瑞的每一次出场、每一个动作，都会让我想起Cell、PNAS的那些关于爬行动物的学术论文。这篇文章我们就来分析影片中出现的蛇、蜥蜴等爬行动物出现的剧情，以及体现出的爬行动物的独特生理与行为机制，做一点简单的科学解读。

（当然，没有剧透，放心食用！）

蛇蜕：蛇皮生理周期的重塑

影片中，我们一开始没看见到蛇本尊，而是通过两位警官的视线，发现了角落里出现蛇皮的办案线索。对于蛇类而言，蜕皮并非简单的“换衣”，而是一场涉及内分泌调节与细胞增殖的复杂生理过程。

蛇类表皮解剖图（图片来源：作者自制）

蛇的皮肤由多层结构组成，深层是充满活细胞的真皮与表皮内层，上方则是由角化的死细胞组成的角质层。表皮中，α层富含较柔软的α-角蛋白，β层富含更坚硬的β-角蛋白，两者呈现出独特的垂直交替排列方式；同时α层和β层之间，还存在蛇类特有的中介层。这些结构共同构成了一套坚硬盔甲，赋予了蛇类防止水分流失和抵御机械损伤的能力。

不过，随着蛇体躯干的生长，或由于体表磨损、寄生虫感染、代谢系统疾病等因素，旧的角质层必须被完整替换，此时蛇类就需要进行蜕皮。

蜕皮过程受甲状腺激素的严格调控，通常分为以下几个阶段：

增殖期： 表皮底层的生发层开始活跃分裂，形成新一代的角质细胞。

分离期（蒙眼期）： 这是最关键的阶段。在此期间，蛇体内的淋巴液和酶类物质被分泌填充至中介层，通过酶解作用破坏新旧皮肤之间的细胞连接。随着新表皮逐渐成熟，旧表皮与新表皮之间的连接会在中介层处发生解离。

脱落期： 淋巴液被重吸收，旧皮变干变脆。蛇通过摩擦粗糙物体，使吻端（嘴巴）的表皮破裂，随后利用肌肉收缩，将旧皮由内向外完整翻转脱落（此处你可以想象脱袜子的场景）。

蜕皮机制确保了蛇类在一生中都能维持体表屏障的完整性与功能性。一般健康的蛇类会褪下一条较完整的蛇皮。

左：完整蜕下的头部表皮。右：完整健康的蛇蜕

（图片来源：冯世旸摄）

至于影片中出现的片段化的蛇蜕，推测是盖瑞的生活环境不好、健康状况不良，导致蜕皮不完全，出现卡皮的症状，才会走一路、掉一路蛇皮，留一路线索。

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滑鼠蛇轻微卡皮图（图片来源：洛川摄）

别再说“冷血动物”了！

影片中，在猞猁刻意控制的极寒环境下，爬行动物角色几乎销声匿迹，仅仅在一个类似于地下城的区域卑微地活着。影片还多次出现盖瑞一旦从室内进入到冰雪环境，随即进入“冻僵”状态，这是因为蛇类无法自主产生热量维持体温。

作为变温动物，蛇的体温会随环境温度波动。在蛇类冬眠期间，当环境温度降至临界点（通常为 10-15℃），蛇体内的生化反应就逐渐显著减缓趋于停滞。在此之前，蛇必须积累足够的肝糖原。在漫长的低温期，它们心率极低，呼吸微弱，仅靠消耗极少的能量维持基础细胞生存。

而当盖瑞进入温暖的室内、与温暖的恒温动物（说好了坚决不剧透）接触、裹上围巾，它就慢慢开始苏醒了。

值得注意的是，自20世纪后期以来，国际主流教科书、科研论文和科普资料，已基本不用“冷血动物”一词，转而使用“变温动物”强调蛇类等体温不恒定的现象，即蛇无法通过自身产热维持体温，而是需要吸收外来热量，如光照、温泉地热等来调节自身体温。这个概念更科学地反映了蛇等变温动物的生理本质。故如今我们称蛇为“变温动物”，而非“冷血动物”。

不断更迭的武器——毒牙

在影片中，缺了一个毒牙的盖瑞略显可怜。观影时，旁边的小学生一直在问我，它的毒牙还能长出来吗？其实对于毒蛇来说，毒牙断裂并非是毁灭性打击。与人类的“再换齿型”（一生只换一次牙）不同，蛇类属于“多换齿型”动物。

蛇的牙齿可根据功能和位置分为不同类型，其中进化最彻底的当属蝰科（如竹叶青蛇）的管状毒牙。这些牙齿如同皮下注射针头，内部中空，连接毒腺。

蛇类的管状毒牙（图片来源：参考文献[1]）

蛇的毒牙生长机制类似于自动填装的弹夹：

齿板： 在功能毒牙的后方，牙龈组织内隐藏着一排发育程度各异的“预备牙”。

更替周期： 蛇牙的更替是周期性的，即便没有受损，功能牙每隔一段时间（数周-数月）也会自然脱落。

侧向位移： 当功能牙脱落，或在攻击中折断，后方的第一颗预备牙会向前移动，并分泌骨质与上颌骨基座融合，完成固定。

这种机制确保了毒牙永远处于“上弦”状态，这是蛇类在残酷自然竞争中生存的核心优势之一。或许在下一部续作中，我们就能发现盖瑞那颗掉了的毒牙重新长了出来。

超越视觉的感知——红外辐射探测

影片中，盖瑞最引人入胜的“超能力”莫过于热感应。一本祖传书籍专门为盖瑞设计了金属封面，这是因为部分蛇类（如蝮蛇）拥有一个特殊器官——颊窝。

（图片来源：参考文献[2]）

虽然常被称为“热窝”，但颊窝的工作原理与眼睛截然不同。眼睛通过视网膜上的视锥、视杆细胞感应外界的光子，而颊窝本质上是一个辐射热测量计。

解剖结构： 以蝮亚科的红外感知器官为例，它位于鼻孔与眼睛之间，内腔存在着一层颊窝膜（厚度仅约 10-15 μm）。这层膜将颊窝分为内外两个室。

热传导： 当周围环境存在发出红外辐射（波长 8-12 μm）的热源（如恒温动物）时，红外线穿过狭窄的开口照射在薄膜上，导致薄膜温度微弱升高。

颊窝采集的热信号通过三叉神经传输至中脑的视顶盖。在这里，低分辨率的热图像与视觉信息进行可能的融合。这意味着，即便在完全黑暗中，这些特殊的蛇类能获得一幅“红外地图”，从而辅助判断猎物的距离和方位。

现有的红外感受器更多基于热电效应展开，对于红外蛇类这种高灵敏且无需制冷的感知机制尚在探索：

导弹制导：“响尾蛇”空对空导弹的命名与灵感，正是来自响尾蛇能够追踪温热猎物这一行为现象。但其早期制导技术本质上基于人工红外探测器，而非真正仿自蛇类的红外感知机制。

微机电系统： 研究人员正在开发基于热敏材料的微型传感器，试图模拟蛇类对微小温差的极速响应能力，用于开发更智能的自动驾驶感知系统。

流体力学的奇迹——蜥蜴老大的“水上轻功”

除了盖瑞之外，影片中还出现了蜥蜴的身影。在湿地市场的剧情中，蜥蜴老大荷苏蜥左摇右摆地用“轻功”在水上奔跑逃亡，喜剧效果拉满。这里蜥蜴老大的原型是爬行动物家族中的双冠蜥（Basiliscus plumifrons），它真的拥有在水面奔跑的能力！这种看似违背重力法则的现象，实则是对流体力学的完美应用。

双冠蜥的“水上轻功”（图片来源：Bence Mate/naturepl.com）

会轻功水上飞的双冠蜥（视频来源：纪录片《绿色星球》）

双冠蜥在水面的每一步仅耗时约 0.05 秒，分为三个阶段：

拍击相： 脚掌垂直拍击水面。根据牛顿第三定律，水面给予脚掌一个反作用力。

划水相： 脚掌在水中向后下方快速划动。这一过程产生了一个气泡空腔。

恢复相： 这是最关键的一环。蜥蜴必须在周围的水压导致气泡空腔闭合之前，迅速将脚拔出。如果拔脚速度慢于空腔闭合速度，脚就会被水“吸住”，导致身体下沉。

为了支撑体重，蜥蜴产生的垂直冲量必须抵消重力。由于这种运动方式对功率重量比要求极高，通常只有体重较轻的幼年或亚成年个体能完成较长距离的水上奔跑。随着体型增大，维持水上运动所需的肌肉爆发力急剧上升，成年个体虽仍可短距离奔跑，但效率显著降低，难以长时间维持。

结语

从《疯狂动物城2》的剧情中，我们不难发现，爬行动物看似“冷酷”和“怪异”的特征，实则是演化史上的杰作：蛇的蜕皮和变温是对生长、健康与环境的智慧应对；牙齿更替保证了其武装力量的存续；红外感知则打开了通往未来世界的大门；蜥蜴的水上奔跑是对物理极限的挑战。这些机制不仅让爬行动物在地球生态系统中占据了重要生态位，也为人类的材料学、仿生学和工程学提供了无尽的灵感。

在以动物为主题的众多影视作品中，爬行动物或是长期缺席，或是被刻板地塑造为反派。盖瑞的登场以及湿地市场中爬行动物类群的呈现，不仅丰富了动物城的生物多样性，更是一次难得的科学普及，让大家得以窥见这个古老脊椎动物类群的奇妙之处。毕竟，这颗星球上的每一种生命形态，都是历经亿万年演化后打磨出的不可或缺的大主角。

图片来源：电影剧照

参考文献：

[1] Alessandro Palci, Aaron R. H. LeBlanc, Olga Panagiotopoulou, Silke G. C. Cleuren, Hyab Mehari Abraha, Mark N. Hutchinson, Alistair R. Evans, Michael W. Caldwell, Michael S. Y. Lee; Plicidentine and the repeated origins of snake venom fangs. Proc Biol Sci 1 August 2021; 288 (1956): 20211391. https://doi.org/10.1098/rspb.2021.1391

[2]Gracheva, E., Ingolia, N., Kelly, Y. et al. Molecular basis of infrared detection by snakes. Nature 464, 1006–1011 (2010). https://doi.org/10.1038/nature08943

[3]Lillywhite, H. B. How Snakes Work: Structure, Function, and Behavior of the World's Snakes. Oxford University Press (2014). https://global.oup.com/academic/product/how-snakes-work-9780195380378?cc=cn&lang=en&type=listingscript:&view=Grid

作者：毛萍 冯世旸

作者单位：中国科学院成都生物研究所

文章来源于：科学大院

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原标题：《【前沿科普】我太激动了，《疯狂动物城2》里居然出现了它！》

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