沙丘中雄伟而无情的沙虫的科学

皇帝的军队手持利刃，抬头凝视着巨大的尘埃云。片刻间，只有风声，一片寂静。突然间，它们出现了：巨大的沙虫，有着末日般的大嘴，毫不费力地刺穿了面纱。观众和银幕上的观众都惊呆了，就在这时，这些身着弗雷曼战士服饰的巨兽冲进了阿拉基斯的沙漠。

不管你对电影《沙丘：第一部》和刚刚上映的第二部的整体评价如何，沙虫，这个沙漠世界中凶猛的虚构动物，无疑令人印象深刻。这不仅归功于弗兰克·赫伯特（这些电影所基于的大部分系列书籍的已故作者），还归功于导演丹尼斯·维伦纽瓦和他的创意团队，他们将这些原始野兽栩栩如生地呈现在银幕上。它们是一种雷鸣般的存在，不知何故感觉是真实的，而不是艺术家头脑中想象的东西。

当然，这些沙虫并不是真实存在的——但它们看起来如此逼真，让我不禁怀疑，在自然界中是否真的可以找到它们的踪迹。从某些方面来看，它们是不可能存在的动物。但从其他更令人惊讶的方面来看，它们并不像你想象的那么神秘。

恐惧是心灵的杀手，体型是虫子的阻拦者

尽管沙虫可怕得令人生畏，但弗雷曼人并不认为它们是什么怪物，而是认为它们是一种更仁慈、无所不能、几乎神圣的东西。他们称它们为夏胡鲁德——不同的译法是“永恒之物”或“沙漠之父”。至关重要的是，沙虫的生物学副产品是香料——一种多用途物质，可以延长弗雷曼人的寿命，同时让航海者能够规划星际之间的安全通道。弗雷曼人经常利用这些巨大的蠕虫作为交通工具，必要时还可以用于防御。

从科学角度来说，这些沙虫惊人的体型可能是它们最明显的问题。它们可以长到 1300 英尺长，相当于西雅图太空针塔的两倍。这意味着它们会非常庞大​​，在类似地球的重力作用下，它们不仅难以以惊人的速度移动，而且还会惨不忍睹地被压扁。犹他大学生物学家兼蠕虫专家迈克尔·沃纳 (Michael Werner) 说：“很难想象它们能产生足够的能量来移动，而不会被自己的重量压垮。”

它们的大小也带来了其他问题。据推测，像地球上的许多生物一样，它们的组织需要氧气才能生存。蠕虫没有肺；相反，它们从皮肤吸收氧气。氧气需要扩散到所有相关器官和细胞，但这对于体型更大、更粗壮的蠕虫来说是个问题。

然而，在《沙丘：第二部分》中，当用钩子将蠕虫拉上来时，可以在其鳞片下看到某种小孔。那么，这些蠕虫可能确实有某种基于肺的呼吸系统，并能在内部肉质储藏室中储存氧气。它们可能还有其他有用的适应能力。伦敦自然历史博物馆馆长兼蠕虫专家 Emma Sherlock 解释说，有些蠕虫（如可在澳大利亚部分地区发现的Megascolides australis ）血液中含有大量氧结合血红蛋白，这有助于它们在地下低氧水平下生存。

淹没在无尽的黄沙中

另一个主要问题是阿拉基斯星球上臭名昭著的缺水问题。由于缺水，当地的弗雷曼人只能喝自己的眼泪，穿着能回收所有流失体液的特制服装，并从刚被杀死的战友或尚未死透的敌人的尸体中获取体内水分。

蚯蚓需要水才能生存。没有水，它们就会脱水，枯萎成硬壳。“事实上，沙漠是蚯蚓唯一无法生存的地方，”夏洛克说。在冰雪覆盖的环境中，你可以找到蠕动的蚯蚓，但在极度干旱的沙漠中却找不到。除非阿拉基斯的沙虫一直在地下蓄水层中偷偷补充水分——公平地说，这并非不可能——否则它们早就干涸了。

少吃辛辣食物

水并不是这个被遗弃的世界唯一稀缺的东西。沙虫会吃掉它们领地里所有有节奏地发出声音的东西，从香料收割机到帝国萨达卡人和野蛮的哈克南军队。但为了支撑它们巨大的体型和在沙漠中频繁的旅行，它们必须消耗比这些开胃菜多得多的热量。它们偶尔会吃深根植物，甚至吃彼此——但这不是它们唯一的选择，否则它们很快就会灭绝。

美国国家科学基金会发育生物学家兼项目主任安娜·艾伦 (Anna Allen) 表示：“线虫是一种被称为蛔虫的蠕虫，当它们处于不利或恶劣的条件下时，它们会进入另一个发育阶段，即休眠期，即它们长时间不进食而存活。”它们这样做的原因有很多，包括食物匮乏。沙虫可能会做类似的事情——处于停滞状态，直到它们发现附近的猎物。

无论如何，它们的尺寸是个问题。但令人惊奇的是，它们的其他方面似乎都完全合理。

想想它们那可怕的洛夫克拉夫特式的嘴巴。嘴巴里没有牙齿，而是布满了长长的尖刺，可能是毛发，它们的作用不像是咀嚼牙齿，更像是过滤系统。事实上，这正是电影背后的艺术家们想要表达的。在一段幕后视频中，这些牙齿被标记为“须鲸”，就像须鲸一样，这是一种真实的海洋哺乳动物，嘴里有坚韧但灵活的角蛋白毛，可以过滤掉流入海水中的微小鱼类猎物。目前还不清楚沙虫为什么需要这种过滤——它们似乎很乐意在吃零食的同时吞下大量的沙子。但是，嘿，也许阿拉基斯的动物学家可以更详细地解释这一点，但他却在不知不觉中被他们的一个实验对象吞食了。

精神活性虫水

在《沙丘：第二部分》中，弗雷曼人在装满水的盆中杀死了一只幼年沙虫，然后将注射器插入沙虫的食道并抽出一种蓝色液体。这种物质被称为生命之水，饮用后，要么直接杀死饮用者，要么产生强烈的幻觉——看到过去的景象，以及可能的未来。

如果你觉得这听起来很傻，索诺兰沙漠蟾蜍想和你坦诚相告。这些北美两栖动物大部分时间都在地下冬眠，不喜欢受到威胁。如果它们感到焦虑，就会分泌毒素，如果你是一只体型较小的动物，这些毒素可能会导致死亡。但如果你是一个好奇而谨慎的人类，你可以从这些毒素中提取一种成分，吸食后会引发强烈的迷幻发作。

有些蠕虫可以产生信息素，吸引其他蠕虫靠近它们。“我不知道有任何动物或蠕虫会产生致幻化合物给人类，”艾伦说。而且没有一种已知的致幻剂可以让你预知未来，同时让你回忆起遥远的过去。但外星蠕虫自己产生令人神魂颠倒的软膏的想法似乎并不特别疯狂。

节奏会让你

沙虫生物学中最酷的元素可能是它们使用声波的方式。在第一部分中，当我们第一次与沙虫完美相遇时，我们听到它发出一种喉音，砰砰的声音。电影艺术家认为，沙虫的打击乐和低音重的“声音”是人们正常行走的节奏和弗雷曼人小工具的周期性敲击声将它们从藏身处引出的原因：它们意识到了这一点，就好像有什么东西在不知不觉中与他们交流一样。

虽然蚯蚓没有耳朵，但许多蚯蚓会被不是蚯蚓发出的声音吸引或逃离。艾伦说：“关于蚯蚓为什么会在雨后浮出水面，一个常见的假设是，雨水会引起地面震动，听起来类似于捕食者的震动。”例如，穴居鼹鼠会产生蚯蚓可以探测到的明显震动。有些鼹鼠使用专门的神经细胞来做到这一点。声波撞击它们的皮肤，使其振动，进而使体内液体晃动。这会触发神经细胞，发出电脉冲，使蚯蚓移动。也许沙虫也有类似的机制。

阿拉基斯星球上蠕动的飞龙还能以超自然的方式让周围的沙子移动。在制作视频中，电影的音效团队讨论了他们想象中的沙虫如何穿越沙漠，同时捕获猎物。受到流沙的启发，他们决定使用定向声音来触发特定频率的振动，这样就可以达到目的。

如果你把扬声器放在一堆沙子下面，然后播放一些精选的曲调，你就能亲眼看到这种效果——它确实有效，沙虫令人印象深刻的生物发声系统真的让你相信它们可以将赭石色的土地变成暂时的流体。“这完全在生物学可能性的范围内，”沃纳说。

扭动奇迹

这凸显了《沙丘》中沙虫最重要的一点。我们几乎凭直觉就知道，它们有一部分是不切实际的——但它们的设计有相当一部分是实实在在的，并且基于现存的事物，因此它们让人感觉真实，能够激发敬畏。它们是令人振奋的创作，一旦瞥见，就会永远活在我们的集体想象中。它们“足够接近我们在地球上所了解的东西”，沃纳说，这为它们的奇妙本质增添了实质内容。