壁虎的“凌波微步”

作者: Yuki、Nekout

来源: 公众号:我是科学家iScientist

发布日期: 2018-12-15 12:32:43

本文详细介绍了壁虎在水面行走的独特技能,并探讨了人类是否能通过模仿这些动物实现水上奔跑的梦想。文章通过科学分析和实验,展示了壁虎如何利用其身体特性和水面张力在水面行走,同时也讨论了人类实现类似技能的可能性及其挑战。

“水面行走”这样的高超本领,在各种武侠小说和影视作品中可以说是屡见不鲜了——各路大侠和超级英雄们天赋异禀,常常藐视地球引力的存在,迈开双脚就能在江河湖海上之上来去奔走,如履平地。古往今来,生活在现实世界里的人们,对水面行走这般绝技可谓满怀憧憬,不断有仁人志士挑战“水上漂”和“水上跑”等极限项目。然而尴尬的是,不论大家的入水姿势多有创意,结局似乎永远都只有一个——沉下去。

看来,“笨重”的人类暂时是学不会水面行走了。还是让我们来看看其他动物的表现如何吧!其实,对于大部分动物来说,水面行走也是一项不可能完成的任务。不过,仍有一些身怀绝技的高手,能够轻松活跃于水面之上——比如水黾的家族成员,大多可以长期生活在水面上——它们的身体非常轻巧,加上修长美腿上无数密集的腿毛提供的超强疏水性,再借助水的表面张力,就可以自由自在地在水面漂浮移动了。

一些身形娇小的壁虎也能掌握这种本领,比如南美洲热带雨林中有一种侏儒壁虎,同样能够凭借轻盈的身体和防水的皮肤完全“立足”于水面之上,即使一动不动也不用担心会沉下去。可以看出,这些体型微小的生物,仅仅依靠天然装备和体型优势,就能泰然若之地在水面行走。但对于体重更大一些的生物来说,水面提供不了足够的表面张力来抵消重力,想保持站立又不沉下去,就得多费些腿力了。

比如某些蜥蜴、水禽甚至海豚,会借助宽大的脚掌和强大的肌肉力量,通过高速“踩水花”产生额外的动力,让自己的身体持续保持在水面之上。而就在最近,科学家们无意间发现,东南亚常见的一种壁虎(Hemidactylus platyurus),竟然也深藏不露,掌握着一项集“水上漂”和“水上跑”于一体的技能。

他们仔细研究了壁虎的这项绝技,并将结果发表在2018年12月的《当代生物学》杂志(Current Biology)上。科学家对壁虎凌波微步的本领进行了详细的测试和拆解,发现它的这项绝技可谓集齐武林各家门派之所长。壁虎没有那么强劲有力的后肢,它们采用的是四肢并用,连环出掌拍击水面,同时头部微扬,在水面上保持一个小的向前的纵倾角,以提供足够的升力。

除了用连环掌划水外,壁虎还会用动灵活的腰身和尾巴扭出一道优美的正弦,配合四肢的动作,像鱼类一般摆动游走,为壁虎在水面前进增添推动力。然而,仅仅依靠四肢和尾部出力,仍不足以让壁虎待在水面之上。科学家们推断,壁虎皮肤的疏水性应该也在其中起到了重要的作用,它们也会利用水面张力去支撑大部分体重,同时减少水滴落在身上产生的阻力。

科学家们通过计算得出,集齐上述招式,壁虎就能以0.6米每秒的速度在水面前进,平均每秒移动10.5个身位。而人类目前的百米自由泳世界记录保持者——巴西游泳选手西埃罗·费罗,平均每秒只有1.3个身位。这些小动物的表现确实令人羡慕不已,那么,人类能不能通过模仿它们,实现在水上奔跑的梦想呢?一组来自意大利米兰大学的研究者,就从蛇怪蜥蜴的“水上跑”获得灵感,特地对这一问题做了详细地分析和研究。

他们通过计算发现,人类想像蛇怪蜥蜴那样在水面奔跑,有三种实现的途径:1. 加快奔跑速度——以超过30米每秒的速度在水面奔跑。2. 增大和水面的接触面积——比如穿上一双面积为1平方米左右的踩水专用鞋,并以10米每秒速度奔跑。3. 换个星球——既然我们没法减少地球引力,那不如找个引力更小的星球去尝试“水上跑”吧。

研究者们通过模拟低重力环境测试得出,当相对重力降低到地球重力的22%时,人类就可以轻松地实现“水上跑”了。而我们的邻居月球,以及太阳系中木星的4颗卫星,土星的两颗卫星,冥王星等都是不错的选择。不过等等,就算我们能抵达这些星球,好像也没有可以用来练习水上跑的池塘啊……研究者们正在通过模拟低重力环境测试“水上跑”的条件。

只能说,这项研究更进一步证实了人类在水上行走的难度(顺便帮研究者拿到了2013年的搞笑诺贝尔奖物理学奖)。说到底,水上漂、水上跑、凌波微步等极限水上项目,人类是没法凭空做到了,不过没关系,机智的现代人早就想出了各种“作弊”的方法来实现这个美好的心愿。比如,非牛顿流体作弊法,水下藏玻璃作弊法,吊索作弊法,以及,使用终极作弊武器——脚上喷水装置。所以,不用去月球,大家一样可以玩得很开心嘛!

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