
在壁虎坠落时,它们的尾巴能够帮助身体掌握平衡。(图片提供:Courtesy of Thomas Libby, copyright PNAS 2008)
壁虎因为它们具有黏着力的脚掌而闻名于世,然而这种爬行动物有时候也会摔跟头,每当此时,它们的尾巴便派上了用场。一项新的生物力学研究揭示了壁虎如何在失足或跌落时利用尾巴控制自己的体态。壁虎的尾巴甚至能够帮助它们在空中滑翔。
家壁虎(Cosymbotus platyurus)扁平的尾巴占到了其体重的1/10,生物学家之前认为,这样的尾巴能够储存脂肪,同时帮助壁虎防御来犯者。然而没有人想到壁虎的尾巴对于攀爬或控制体态也是非常重要的。10多年来,美国加利福尼亚大学伯克利分校的生物力学专家Robert Full一直从事壁虎运动的研究。Full在早期的试验中发现,壁虎能够在高附着摩擦力的表面快速前进,每当此时,这种爬行动物从不使用它们的尾巴。但是当工程师利用Full的数据设计能够爬墙的机器人时,他们不得不再加上一条尾巴以防止机器人坠落。Full由此意识到,应当对壁虎的尾巴进行更为深入的研究。
Full和他的研究小组让壁虎完成了一系列的失足和跌落动作。研究人员用相机记录了9只壁虎的坠落过程。结果显示,壁虎爬墙时,如果它的一条腿失足滑落,壁虎会利用尾巴来紧紧靠住墙壁,保证其不会滑落下去。如果它的两条前腿失足滑掉而只靠两只后腿支撑时,它会向背后仰面摔下去,这时它会通过尾巴的转动使其两只前脚又回到墙壁上。Full说:“每当遇到紧急情况,尾巴就好像是壁虎的第五条腿。”
接下来,研究人员又让这些壁虎从一个2米高的平台上跌落,然而有趣的是,壁虎每次都是四脚落地。Full说,在1/10秒的下落过程中,“它们会旋转自己的尾巴,从而使身体摆出 ‘超人’飞行的姿势”。这种跳伞运动员的姿势让研究人员怀疑,壁虎是否也能够滑翔。
Full和研究人员还把壁虎放入风洞进行研究。他们发现,壁虎不光可以前后转动身体,还可以左右转动。在从高空摔落时,它会张开四肢,尾巴一会儿向左一会儿向右转动,以此来增大空气的阻力,就像降落伞一样。研究人员在最近的美国《国家科学院院刊》网络版上报告了这一发现。新的研究结果促使Full的合作者将很快在他们的机器人身上安装更加灵活的尾巴。Full说,对壁虎尾巴进行细致的研究将帮助我们改进飞行器和宇航服的设计。
美国俄勒冈州波特兰市刘易斯与克拉克学院的生物物理学家Kellar Autumn认为,动物学家以为知道壁虎尾巴的用处,而这项研究成果绝对会让他们大吃一惊。这是一个多学科合作的成功案例,Autumn说:“没准儿哪天壁虎会帮助我们研制出更好的机器人或让宇航员在太空中变得更加自由。”