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揭开蜥蜴克服重力水上飞之谜
更新时间:2024-03-03 20:25:45

科学家用摄像机记录下蛇怪蜥“水上飞”的每一个画面

在武侠影视剧中,我们经常能见到轻功非凡的“大侠”在水面上“疾步如飞”的场面,但现实中的人们必须得承认,生活中的“大侠”再有本事,也不可能像蛇怪蜥蜴那样,真的能在水上疾步如飞。蛇怪蜥蜴为什么就能做到这一点呢?多年以来,人类在这个问题上,开展了成千上万次探索实验,但也只是在最近,美国科学家才解开这个十分有趣的谜团。

如果你见到一只蜥蜴非常从容地从水面上跑过,你一定会大吃一惊:我不是在做梦吧?这个东西怎么能在水上跑而不会沉下去?

蛇怪蜥蜴(basilisk lizard)是蜥蜴中的大明星,就是因为它有一种“特异功能”,可以在水面上疾步如飞——无论是平静的湖面,还是流动的小溪,这个小东西都能如履平地。

蛇怪蜥蜴只能让人自叹弗如。练就这类绝世“轻功”的人,大概只能在中国的武侠小说、武侠剧中见到。

那么,蛇怪蜥蜴是怎么做到的呢?在人类的视野里,比较常见的蛇怪蜥蜴主要有4种,它们“隐居”的地方,大多集中在热带的中美洲以及南美洲的北部。众所周知,有些蜘蛛和昆虫之所以能在水面自由“行走”,主要是因为它们体重较轻的缘故,水面张力和浮力足以将它们托起。但是蛇怪蜥蜴个头较大,为什么也能在水面上疾步如飞呢?

高超的轻功绝活,吸引了人们的兴趣,蛇怪蜥蜴也因为这一本领,得到了“耶稣蜥蜴“的雅号。

其实,人类很早就注意到这个奇怪现象,也一直在探索这个秘密,然而在相当长的时间里,始终不得其解,只能到《圣经》里去找原因。过去的人认为,是上帝赋予了蛇怪蜥蜴这种能力,因此,蛇怪蜥蜴获得了另外一个名字———“耶稣蜥蜴(Jesus Lizard)”。

随着现代科学的发展,尤其是仿生学的飞速发展,科学家们对蛇怪蜥蜴的这一独特本领更加感兴趣:如果破译了蛇怪蜥蜴水上飞的秘密,研制出可以水上飞的机器人,那该有多大用途啊!在对比研究中,美国科学家发现,蛇怪蜥蜴的脚掌底部有类似于叶子一样的悬垂物。

现在,科学家终于揭开了谜底,他们揭示出蜥蜴每次在水中拍击脚掌的时候,是如何产生强大的上推力的。这一研究成果最近发表在《国家科学研究院进展杂志》上。

科学家解释说,一些蜘蛛和昆虫可以在水面行走,主要是因为它们体重很轻,不足以大过液面表面张力。

但是,这种蜥蜴与之不同,它们体重比较大,有长长的身子和大大的脚,在它们脚掌底部有类似于叶子一样的悬垂物,在陆地上行走时,这些悬垂物就收起来,可是,一旦遇到危险,跑进水里的时候,这些悬垂物就张开,使脚掌与水面的接触面积大增。

但仅凭这一点,蛇怪蜥蜴仍然不可能在水面上跑的,它们肯定使用了独特的水上行走技术。

科研人员将蛇怪蜥蜴在水面跑的全过程用高速摄像机拍了下来。

蛇怪蜥蜴小的不到2克重,大的体重超过200克,但无论大小,它们都具有只用后肢在水上飞跑的能力,速度可以达到每秒钟1.5米,能在水面连续跑4.5米左右,然后前肢沉入水中,变成游泳姿势。大多数动物如果跑进水里的话,前肢会立即沉到水里,因为和陆地不一样,在水上,基本上没有什么支撑,也没有多大阻力。

哈佛大学有机与进化生物研究生托尼娅。赫塞表示,她和她的导师乔治。劳德曾对蛇怪蜥蜴做了水上拍照实验。他们在水池里放入一些可反光的玻璃微粒,用灯光一照,这些微粒就会闪光。然后将蜥蜴放入池中,将它在水面跑的全过程用高速摄像机拍下来。由于水里有玻璃微粒,所以他们可以更清楚地观察蜥蜴在水上跑的动作,计划出蜥蜴后肢踩水时产生的力。

录像显示,蛇怪蜥蜴在水上跑的每一步动作可以分成三部分:拍击、扑打、还原。

通过拍照实验,科学家发现,当蛇怪蜥蜴拍击水面时,脚主要是垂直运动;扑打时,脚主要向后运动;而在还原过程中,脚抬起,离开水面,回到下一步的开始动作。在这些阶段,蜥蜴需要产生出足够的力,才能保证它跑在水面上,同时身体直立。

蛇怪蜥蜴的脚向下拍击水面,迫使水下沉或从脚下流走,同时在脚的周围形成一个气袋,这个动作产生了一个支撑力,这个支撑力足以使蜥蜴的脚掌向后扑打时将蜥蜴的身体支撑在水面上。而腿向后扑打又产生了使它前进的力。这种蜥蜴有高超的水面行走技术,能产生一种类似于斜面支撑力的强大力量使它保持在水面上。

“我们曾经预料它们产生足够的力量使其可以在水面上奔跑。但是,我们没料到的是,它还能产生一种躯体中部横向的力量。这个力量可以很好地支撑蜥蜴的躯体侧面,使它不会在水面‘翻船’。”赫塞说。

蜥蜴水上疾跑有点像我们骑自行车,如果你不蹬踏板,自行车就会慢慢地停下来,你就会翻倒在地。

就像人们在柔软的平面,比如在沙地上跑步时一样,身体有向前倾倒的趋势,蜥蜴也有这样的前倾趋势,必须另有某种机制能让它保持平衡。这就是中部向两侧的支撑力发挥作用的所在,这种力几乎和向正上方的力一样大,这些力共同作用使它得以具有水上飞的绝活。

这项研究的独特之处在于,从前所知道的有腿的动物行走的原理,都是对固体表面行走方式的研究。那些用两条腿在地面行走的动物,比如鸟和人,向两个侧面的支持力很小,而这种蜥蜴非常特别,居然能在水面保持平衡,流畅地在水面运动而不会翻倒。赫塞表示:“蜥蜴在水上疾跑有点像我们骑自行车,如果你不蹬踏板,自行车就会慢慢地停下来,你就会翻倒在地。如果蜥蜴不在水面上快跑的话,它也会翻倒的。所以,他们需要的就是在跑动过程中保持身体稳定的力。”

赫塞和劳德的这一发现对传统的腿部运动理论提出了挑战。

科学家以前的看法是,在动物起步时,能量是储存在动物的肢体上的,在后蹬时,能量释放出来,帮助将动物推向前进。但蜥蜴在水面上跑时不是这样,它们的后肢不再有跳跃的功能,后肢的作用更像活塞,只限于在迈步期间产生力量。

这项研究结果提供了确切的深远的提示,可以让科学家们更好地研究动物是如何在不同性质的表面上运动的。赫塞表示:“它们每天都要在习惯的栖息地表面自由地运动,它们是如何实现的?它们行走的具体方式我们还知道的很少。”如果我们能够揭示不同动物在不同的表面行走的原理,我们就能将这些原理应用于人类,实现人类在这些表面自由行走的梦想。到那一天,人类在水面上健步如飞也就没有什么奇怪的了。

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