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动物们的“超能力”

2020-05-19

科学之友 2020年5期
关键词:鸭嘴兽感受器动物界

猎豹:无可比拟的速度

猎豹究竟能跑多快,这是一个备受争论的话题。目前广泛认同的最快速度是1965年测量的104千米/小时。然而,这个速度可能并不准确,因为当年的研究人员只测了一只成年猎豹奔跑3次的速度。

2013年,英国皇家兽医学院的研究者们在5只野生非洲猎豹身上装了GPS定位器和运动传感器,经过367次的测量后,发现猎豹最快的奔跑速度是93千米/小时,虽比多年前的测量数值稍小,但仍然无法改变它动物界奔跑速度第一的地位。

这个研究还发现,速度固然很重要,但猎豹们真正的猎杀能力却更依赖于它们能极快地加速和减速,以及快速减速转身的能力。它们最快的加速和减速速度甚至可达赛马的3倍。简而言之,猎豹的灵活性(也可说是足够大的加速度)才是其每击必中的关键。

那么,猎豹是怎么获得这无可比拟的速度和灵活性的呢?在该团队的另一项研究中,科研人员用高速摄影机记录了猎豹和另一奔跑速度惊人的灰狗的奔跑方式,然后对它们的步伐和体态进行了对比。结果发现,猎豹和灰狗都采用旋转式的奔跑方式,四肢在奔跑的时候做圆周运动,后背弓起,后腿都快要碰到它们的耳朵了。特殊的运动方式以及随奔跑而伸展和收缩的脊柱是这类动物能够快速奔跑的关键因素。

不同的是,当猎豹需要冲刺的时候,它们迈步的频率和步幅都快速增加,速度也相应地快速提升,这得益于它们强健的大腿肌肉。然而,当运动激烈到一定程度后,运动过程中产生的力量会让肌肉无法承受,这是限制生物运动速度的关键因素之一。猎豹速度比灰狗快,却不曾出现肌肉拉伤的状况,那是因为猎豹的脚掌与地面接触的时间比灰狗长,这使猎豹能从地面获得更多的支撑和更大的推动力。

动物收腿的快慢是其奔跑速度的另一个决定因素,收腿的速度越快,跑得就越快,同时改变速度所需的时间也就越短。减轻脚的重量便能加快收腿的速度,所以想跑得更快的人不妨换一双更加轻便的跑鞋。

鸭嘴兽:让人惊羡的电感受器

动物界有一怪胎叫鸭嘴兽,明明是哺乳动物,却是卵生,而非胎生。更奇葩的是,它明明眼鼻耳齐全,却只能依靠嘴巴上的电感受器来搜寻食物。

这小家伙当年还差点儿被当作骗子而不得入动物界的族谱呢!1798年,当鸭嘴兽标本不远万里从澳大利亚奔赴纽约展出的时候,英国的很多动物学家认为这是个骗局。他们觉得这个有着水獭似的脚、河狸似的尾巴、鸭子似的嘴的东西根本不可能是自然界真实存在的。它可能真长得有些尴尬,以至于生物界为此争吵了80多年。然而,这个饱受争议的小家伙却拥有让我们眼红的能力——通过电信号来感知其他动物的存在。

我们知道,肌肉在运动的过程中会产生电流。加拿大一家创业公司生产的一款名为MYO的臂环就是通过检测手臂肌肉运动产生的电流来识别手势,让用户完全不必通过智能手机或其他设备就可以与一些电子设备直接互动。这样用户就可以边吃东西边玩电脑或者手机,而又不用担心弄脏它们了。

这种能力人类需要花149美元(约合1 050元人民币)才能获得,鸭嘴兽却天生就具备,而且更加完备和灵敏。因为在鸭嘴兽宽扁的大嘴边缘分布着40 000多个电感受器,微弱的电流都可以被它检测到,然后通过电流来计算目标所在的位置。可能是因为它的食物多是生活在河底泥泞里的小动物,在此处纵有很好的听力和视力也无法施展,所以入水后它的眼睛和耳朵就都完全闭合了,只能靠可以在水中传播的电信号来识别食物。

雀尾螳螂蝦:举世无双的视力

雀尾螳螂虾主要分布于印度尼西亚巴厘岛附近的水域,身长约15厘米,颜色绮丽,性情凶残,拥有举世无双的视力。

人眼拥有3种类型的视锥细胞(或称光感受器),用来辨别视网膜接收到的光的颜色和强度。鱼和爬行动物稍好,有4种视锥细胞,而雀尾螳螂虾却以12种之多傲视整个动物界。其中8种为可见光感受器,4种为紫外线感受器。

如此多的光感受器有什么作用呢?最显而易见的答案可能是,众多的光感受器能够赋予它们更敏锐的色彩判断力,如此或许能够让它们更容易识破猎物的伪装。然而,真相并非如此。研究发现,雀尾螳螂虾识别色彩的能力甚至还不如人类。

后来科学家们发现,如此之众的视锥细胞赋予雀尾螳螂虾的是快速的图像识别能力。对于人类来说,当某一种颜色的光线作用于3种视锥细胞,通过混色,人的大脑就产生某一颜色的感觉。然而,雀尾螳螂虾却并不是这样的,12种光感受器接收的光信号全部直接进入大脑,通过被激活的光感受器的模式来进行识别。因其不涉及复杂的混色过程,所以它们能更加快速地识别图像,这提升了它们识别潜在猎物的能力,也因此更容易伏击成功。

雀尾螳螂虾的另一必杀技是它又快又狠的刺拳,这双刺拳可以说是动物界中最有力量的拳头。一般情况下,它的拳头收在胸部,攻击时,刺拳出击的加速度高达102 000米/平方秒(大约相当于10 400个重力加速度),可瞬间将速度提升至23米/秒。这样强势的一击足以击碎水族馆的玻璃箱和螃蟹坚硬的外壳。

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