壁虎

壁虎的新超级力量正在水上奔跑现在我们知

发布时间:2024/12/16 14:43:18   
壁虎的新超级力量正在水上奔跑;现在我们知道他们是怎么做的了,壁虎以擅长攀爬而闻名,由于它们脚底有近50万个细小的毛发状结构(经过修正),它们能够粘附在任何表面。现在我们发现这些小蜥蜴也能在水面上高速奔跑,以躲避捕食者。他们不能做很长时间;所需的能量消耗太大了。但令人惊讶的是,他们竟然能做到这一点。《细胞生物学》的一篇新论文描述了这一壮举,科学家们认为他们已经找到了这一壮举背后的机制。这个项目开始于合著者ArdianJusufi,当时他是加州大学伯克利分校生物物理学家RobertFull实验室的博士后,在季风季节在新加坡做野外工作。一天,一场暴雨过后,他在视频中捕捉到一只壁虎掠过水面躲避捕食者。当他把这段录像拿给实验室里的每个人看时,他们都惊呆了。合著者贾丝明尼罗迪表示:“这非常奇怪,出乎意料,所以我们自然要测试一下。”尼罗迪以前是一名全日制学生,现在在洛克菲勒大学和牛津大学之间穿梭。自然界中有几种生物能够在水上行走,但它们根据自身的大小采用不同的机制。例如,体积小、重量轻的水漫游者完全依靠表面张力来保持漂浮状态,而体型大、重量大的蛇怪蜥蜴则利用足部拍打的动作产生气泡,防止下沉。标准的理论计算为动物必须有多小才能利用表面张力和必须有多大才能使表面拍打机制可行设定了非常严格的界限。壁虎介于两者之间。它们太大,不能完全依靠表面张力,也太小,不能产生足够的力,使其在水面上运行而不致下沉。然而他们仍然能够以闪电般的速度完成这项壮举——几乎是每秒一米。这就是为什么富尔的团队决定进一步调查的原因。他们用激光切割机在一个大塑料盒子上制造出入口洞,做成一个水箱,然后建造两个木制坡道,这样他们的亚洲壁虎群(半指龙)就可以很容易地进出水中。一对高速照相机被放置在上方和侧面,以正确的角度捕捉运动。壁虎会被放在入口坡道上,队员们会轻轻碰触它们的尾巴,吓得它们游开。壁虎已经发展出一套复杂的机制,它们都有自己的水上行走系统。原来壁虎已经发展出一套复杂的机制,它们都有自己的水上行走系统。掠过水面有两个目的:保持身体浮在水面上,向前推进。首先,壁虎结合了表面拍打和表面张力,它们独特的疏水皮肤可以防水,Nirody说。一颗水滴刚好落在壁虎的皮肤上。将身体举离水面可以减少阻力,使壁虎比完全浸入水中更容易向前推进。它们的身体和尾巴也会扭动,就像游泳一样。尼罗迪说:“如果你从上面看它们,它们看起来就像是游得非常快。”“然后你从侧面看它们,你会发现它们的上半身和双腿完全出水了,尽管它们仍然在做有助于推动它们前进的游泳动作。”为了证实表面张力确实对壁虎的表面撇水能力有影响,研究人员在水中加入了一种表面活性剂(肥皂)。表面张力的产生是因为水分子倾向于相互粘附(分子粘附),形成一种支撑膜,以保持非常轻的生物漂浮。加入肥皂会使分子失去粘性。把水漂浮物放入肥皂水中,它会沉下去,因为它完全依赖于表面张力。但蛇怪蜥蜴却不受影响,因为它完全依赖于表面的拍打。壁虎又一次落在了两者之间。它们并没有下沉,但Nirody等人发现,在水中添加肥皂会使壁虎的速度下降一半,这很可能是因为壁虎的身体在水中的位置要低得多,因为表面张力降低了。尼罗迪说:“根据理论计算,它们不可能靠拍打来保持整个体重。”这次试验证明了这一点。壁虎确实对肥皂水有一些有趣的反应。大约一半的人会加倍努力游得尽可能快,尽管他们的速度非常有限。而另一半,在最初几次划水后,就干脆放弃划水,沉到水底。壁虎可以屏住呼吸几分钟,所以它们没有立即处于危险中,尽管队员们在大约30秒后救了它们。尼罗迪说:“我们假设,如果它们不能及时逃离捕食者,而不是慢慢地从捕食者身边掠过,那么它们最好躲在水下屏住呼吸。”本研究的目的之一是改进仿生机器人的设计。作者指出,在蛇怪蜥蜴上建模机器人是可行的,但它需要大量的能量和某种主动稳定才能真正发挥作用。一个类似壁虎的波浪状尾巴可能有助于解决后一个问题,并加强向前推进,同时给机器人涂上一层类似壁虎皮肤结构的疏水材料可以显著减少阻力。尼罗迪说:“大自然可以教给我们很多东西。”“它制造了所有这些令人惊叹的机器,供人们观赏和学习。”

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