@ 2019.01.06 , 09:00

壁虎能在水面行走的奥秘

小孩子都知道,壁虎能够在竖直的墙壁上爬行——所以古典公案小说中有一种功夫叫壁虎游墙术┓( ´∀` )┏。但是很少有人晓得,壁虎还会铁掌水上漂╭(╯^╰)╮。它们踩在水面上,移动速度几乎和在地面上一样快。

然而,科学家早已知道壁虎是凭借脚掌上长有的被称为刚毛的无数微小毛发来立足于光滑的垂直平面上,但如何在水面上行走,却一直是一个谜——直到现在。

英国牛津大学的Jasmine Nirody和德国马克斯普朗克研究所的Ardian Jusufi最近完成的研究,向我们解释了壁虎如何完成这一惊人的壮举。

某些昆虫,如盗蛛和水黾,因为自身足够轻,可以被水的表面张力(表面水分子之间的力)承托。

与此同时,较大的动物,如鷿鷈(pi ti,俗称油鸭),也可以在水上行走,因为它们力气够大,可以在快速移动时用脚拍打水面,在它周围创造一个空气袋。空气袋产生的浮力短暂地平衡了鷿鷈的体重。

但是壁虎的大小通常介于这两类之间。它们既无法产生足够的击打力量形成空气袋,又太重而不能被表面张力支撑。

科学家通过理论计算,以及后来的视频分析证实,与其他在水面上行走的物种不同,壁虎使用的组合技能使其在水面上移动得比在水中游泳更快。

壁虎能在水面行走的奥秘
The gecko combo. (Current Biology)

通过分析高速摄像机拍下的视频,科学家发现,壁虎的步态类似于水蜥蜴。足部高高抬起,落下并拍打水面,然后在水下划动。

当科学家在水中添加了洗涤剂时,水的表面张力消失,壁虎的速度和头部所在高度同时减半。

这表明它们至少利用了部分表面张力。

我们还发现,壁虎同时借助水静力(浮力)和水动力(水面上的运动所产生的升力,就像快艇)。这些力一起为壁虎提供额外的升力。

此外,壁虎只能将头部和躯干完全保持在水面之上,使尾巴拖到水下。

当几乎一半的身体处于水下且面对更大的阻力时,能够以几乎与陆地一样快的速度移动,是非常了不起的壮举——不服气,可以看看迈克尔·菲尔普斯。

最新的研究表明,中型动物为了在水面快速奔跑,需要复杂而巧妙的物理组合技。

新的知识可以帮助我们设计出更高效的仿生机器人——既能爬上竖直的峭壁,又能在水面上奔跑如飞。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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