作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2026/7/19 16:44:42
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蹦极小鼠揭示宇航员为何跳上月球

 

“对个人是一小步,对人类是一大步。”人类踏上月球的这句名言早已家喻户晓,但很少有人知道,这一步其实自带轻快的弹跳感。在月球重力环境下,阿波罗登月宇航员普遍更倾向于“蹦跳前进”,而非走路或奔跑。

研究发现,并非只有人类会在低重力下产生蹦跳冲动。7月11日公布于bioRxiv预印本平台的一项研究显示,小鼠在模拟月球重力环境中也会自发切换为类似蹦跳的步态。一旦小鼠丧失身体空间感知能力,这种独特步态便会彻底消失。研究证实,这种偏爱蹦跳的行走方式,主要依赖人体原本用于奔跑的肌肉群所产生的感官反馈调控。

阿波罗17号指令长Eugene Cernan在月球表面轻快蹦跳前行,边走边唱。图片来源:NASA/Apolloinrealtime


“这项研究非常精彩。”美国圣何塞州立大学的Katherine Wilkinson评价,该成果不仅关乎宇航员健康,也有助于揭示人体适应外界环境的通用底层规律。“通过研究极端环境,我们能极大加深对人体正常生理机制的理解。”

论文第一作者、德国马克斯·德尔布吕克分子医学中心的Alessandro Santuz表示:“蹦跳出现在孩童时期,成年后几乎不会再采用这种步态,却又在月球环境中重新出现,十分耐人寻味。”

论文作者、意大利米兰大学的Gaspare Pavei解释,成年人几乎不蹦跳,核心原因是这种步态的能量消耗远高于走路和跑步。但他此前研究证实,在月球低重力环境中,走路与奔跑的能耗差异几乎归零。既然如此,宇航员为何不直接跑步,反而偏爱蹦跳?

美国北达科他大学的Jesse Rhoades猜测,宇航服的结构设计是关键原因。他指出:“加压后的宇航服会限制髋关节活动,跑步发力十分别扭,反而让蹦跳成为更舒适的移动方式。”

在这次研究中,Santuz团队借助弹力绳悬吊受试者、模拟月球重力,让受试者在跑步机上完成走路、跑步、蹦跳动作。实验发现,虽然蹦跳和跑步外观差异极大,但本质上是同一套肌肉群的发力时序重组,核心激活肌肉完全一致。

团队随后对小鼠开展对照实验,用微型弹力绳悬吊小鼠,在专属跑步机上模拟月球重力。结果发现,小鼠会自发出现不对称的蹦跳步态,常常单后肢悬空、轻快跳跃前行。Santuz说:“我们十分意外,小鼠真的会像人类一样‘蹦跳’。”

为探明这种本能步态变化的核心机制,研究团队利用毒素特异性破坏小鼠的本体感受器,即负责感知身体姿态、空间位置的特殊感知细胞。注射毒素48小时后,小鼠仍能正常行走,但彻底丧失本体感知能力,随之不再出现任何蹦跳行为。

该研究清晰印证,感官反馈是调控运动模式、适配极端环境的核心关键。但目前仍有一大谜题未解,为何人类和小鼠在低重力环境中都会本能觉得蹦跳比跑步更舒适、更适配环境。

论文通讯作者、马克斯·德尔布吕克分子医学中心的Niccolò Zampieri解释,低重力下的蹦跳是速度与稳定性的最优平衡。蹦跳和跑步都有腾空跳跃阶段,能实现快速移动。但不同于纯跑步,蹦跳存在双脚同时着地的支撑阶段,能在松软、凹凸不平的月表提供关键稳定性。“在这种特殊环境下,蹦跳成为最高效、最稳妥的移动方式。”

这一结论与宇航员的亲身感受完全吻合。阿波罗17号指令长Eugene Cernan在《阿波罗17号月面日志》中说:“我特别喜欢这种轻快的蹦跳,一次能腾空跨越两三米,双脚稳稳落地。一步一弹、持续前行,既能高效移动,又不会过度消耗体力。”

这项研究对美国国家天空航天局(NASA)阿耳忒弥斯重返月球计划极具参考价值。阿波罗宇航员单次登月仅停留数天,而未来宇航员将长期驻守月球永久基地。低重力会引发肌肉萎缩、骨流失等健康问题,长期高频蹦跳带来的运动损伤也将成为全新风险。

相关论文信息:https://doi.org/10.64898/2026.06.02.729513

 
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