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美科学家揭开蜥蜴克服重力水上飞之谜团(图)(2)


http://www.sina.com.cn 2004年12月09日 09:41 北京科技报

  文/杨孝文

科技时代_美科学家揭开蜥蜴克服重力水上飞之谜团(图)(2)
蛇怪蜥
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蛇怪蜥
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  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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