​数学模型揭示了蝮蛇是如何在夜深人静时找到它的晚餐的

数学模型揭示了蝮蛇是如何在夜深人静时找到它的晚餐的

数学模型揭示了蝮蛇是如何在夜深人静时找到它的晚餐的。

Credit: uux.cn/ByCh3lo, Pexels据耶鲁大学（吉姆·谢尔顿）：在动物界，有许多物种通过熟练地破译来自周围环境的微弱信号来理解他们的世界的伟大例子。

一只翱翔在地面上的鹰发现下面有一条河鱼，正准备吞下一只虫子；一只饥饿的黑熊在两英里外的茂密灌木丛中闻到了一丝食物的味道；一只鸭嘴兽在淡水溪流中游泳，闭上眼睛探测附近美味蝌蚪的电脉冲。

还有毒蛇。

从丛林到沙漠，这些蛇在各种各样的栖息地被发现，它们使用位于鼻孔附近的强大红外传感器，通过感知哪怕是最微小的温度变化来在黑暗中搜寻猎物——它们通过热敏离子通道来完成这一任务，这些通道仅与人类的感觉器官相当。

蝮蛇是如何做到这一点的？耶鲁大学的两位物理学家可能在一个新的数学模型中找到了答案，该模型在《美国国家科学院院刊》的一项新研究中进行了描述。

耶鲁大学文理学院（FAS）物理学博士后研究员伊莎贝拉·格拉夫（Isabella Graf）说:为了确定猎物的位置，蝮蛇需要用感觉器官检测毫开尔文温度的变化，这需要整个器官比其潜在的分子传感器敏感1000倍。

开尔文是国际公认的测量温度的基本单位。

格拉夫补充说:更重要的是，这些蛇有时生活在昼夜环境温度变化剧烈的沙漠中。

在变化很大的环境中，灵敏度低得多的传感器怎么可能稳健地检测到毫开尔文的温度变化？格拉夫和FAS物理学助理教授、耶鲁定量生物学研究所成员本杰明·马赫塔（Benjamin Machta）表示，这可能是一种生物机制，使蝮蛇能够放大小信号并以高保真度传输到大脑。

在这项研究中，研究人员创建了一个数学模型，使用统计物理学和信息论的概念来理解蝮蛇单个离子通道传入的温度信号如何共同影响神经元反应。

在数学模型中，有一个分叉——在这个点上，神经元的反应发生了质的变化，而单个不太敏感的温度传感器表现出高度的合作。

在这个分叉点附近，我们表明蛇的大脑可以获得几乎一样多的温度信息，就好像它可以从每个单独的传感器中读出测量值，然后将它们完美地平均在一起以获得一个最佳精确的测量值，Machta说。

这就是蝮蛇在夜深人静时寻找晚餐的方式。

这项新研究还解释了蝮蛇在昼夜温差变化中保持其热敏感性的方式。

研究人员表示，他们的数学模型包括一个反馈功能，可以在整个温度波动过程中自动保护系统的整体灵敏度。

格拉夫和马赫塔说，他们的新模型可能有超越蝮蛇夜间游荡的应用。

格拉夫说:类似的反馈和设计原理可能存在于其他感觉系统中，这些系统也需要在变化的环境中检测微小信号。