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galilette
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 [转载] 美国科学家揭开蜥蜴克服重力水上飞之谜(组图)

【 以下文字转载自 D_Physics 讨论区 】
【 原文由 loky 所发表 】



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。



蛇怪蜥蜴“凌波微步”傲视江湖



  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。

科学家用摄像机记录下蛇怪蜥“水上飞”的每一个画面

  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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※ 来源:.南京大学小百合站 http://bbs.nju.edu.cn [FROM: 202.119.45.151]
Posted: 2005-01-06 22:51 | [楼 主]
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Quote:
下面是引用galilette于2005-01-6 10:51 PM发表的 [转载] 美国科学家揭开蜥蜴克服重力水上飞之谜(组图):
【 以下文字转载自 D_Physics 讨论区 】
【 原文由 loky 所发表 】



.......


小百合上好东西还真不少
Posted: 2005-01-07 00:19 | 1 楼
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南大?
月影映上苍白的面庞,眼中便有了光亮
夜风吹散淡然的花香,思绪便恣意飞扬
回忆剥去破碎的点滴,难忘的,仍是那风中铃音的忧伤……
Posted: 2005-01-07 00:40 | 2 楼
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A:“如果一个人吃饱了饭没事干,他怎么消磨时间最好?”
  B:“睡觉。”
  A:“睡过了呢?已经睡得不能再睡了!”
  B:“他有没有别的本事?譬如治理国家、弹棉花、腌制猪头等等。”
  A:“没有,一概没有,他四体不勤,五谷不分。”
  B:“他认多少字儿?”
  A:“加上错别字儿有那么三五百吧。”
  B:“那就让他上‘小百合’(南大小百合BBS)吧!”

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想当爷,得先当孙子
Posted: 2005-01-07 00:48 | 3 楼
galilette
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真想也能踩一脚一个气泡托着我水上漂啊
Posted: 2005-01-07 01:43 | 4 楼
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Quote:
下面是引用galilette于2005-01-7 1:43 AM发表的 :

真想也能踩一脚一个气泡托着我水上漂啊

那就要先学会铁掌水上漂
哦也
Posted: 2005-01-07 08:43 | 5 楼
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Quote:
下面是引用落花流水于2005-01-7 12:48 AM发表的 :
A:“如果一个人吃饱了饭没事干,他怎么消磨时间最好?”
  B:“睡觉。”
  A:“睡过了呢?已经睡得不能再睡了!”
  B:“他有没有别的本事?譬如治理国家、弹棉花、腌制猪头等等。”
  A:“没有,一概没有,他四体不勤,五谷不分。”
.......


        不是吧
哦也
Posted: 2005-01-07 08:45 | 6 楼
如影随形
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哪天我有蜥蜴的本事就好了……
Posted: 2005-01-07 19:18 | 7 楼
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