“水面行走”这样的高超本领,在各种武侠小说和影视作品中可以说是屡见不鲜了——各路大侠和超级英雄们天赋异禀,常常藐视地球引力的存在,迈开双脚就能在江河湖海上之上来去奔走,如履平地。
古往今来,生活在现实世界里的人们,对水面行走这般绝技可谓满怀憧憬,不断有仁人志士挑战“水上漂”和“水上跑”等极限项目。然而尴尬的是,不论大家的入水姿势多有创意,结局似乎永远都只有一个——沉下去。
这次一定能成功——诶?怎么又沉了……
看来,“笨重”的人类暂时是学不会水面行走了。还是让我们来看看其他动物的表现如何吧!
其实,对于大部分动物来说,水面行走也是一项不可能完成的任务(所以人类不必太沮丧)。
不过,仍有一些身怀绝技的高手,能够轻松活跃于水面之上——
比如水黾的家族成员,大多可以长期生活在水面上——它们的身体非常轻巧,加上修长美腿上无数密集的腿毛刚毛提供的超强疏水性,再借助水的表面张力,就可以自由自bevictor伟德官网在地在水面漂浮移动了。
“水上漂”的行家——水黾
一些身形娇小的壁虎也能掌握这种本领,比如南美洲热带雨林中有一种侏儒壁虎,同样能够凭借轻盈的身体和防水的皮肤完全“立足”于水面之上,即使一动不动也不用担心会沉下去。
身长不到5cm的侏儒壁虎能轻松站在水面上
可以看出,这些体型微小的生物,仅仅依靠天然装备和体型优势,就能泰然若之地在水面行走。但对于体重更大一些的生物来说,水面提供不了足够的表面张力来抵消重力,想保持站立又不沉下去,就得多费些腿力了。
比如某些蜥蜴、水禽甚至海豚,会借助宽大的脚掌(或鳍)和强大的肌肉力量,通过高速“踩水花”产生额外的动力,让自己的身体持续保持在水面之上。
蛇怪蜥蜴在遇到天敌时,会跳入水塘发足狂奔,让岸边的猎食者目瞪口呆。
䴙䴘在求偶过程中会在水面踩着小碎步跳“踢踏舞”
这些动物虽然不能“水上漂”,但掌握“水上跑”的本领也不赖。
壁虎也有绝学
而就在最近,科学家们无意间发现,东南亚常见的一种壁虎(Hemidactylus platyurus),竟然也深藏不露,掌握着一项集“水上漂”和“水上跑”于一体的技能。他们仔细研究了壁虎的这项绝技,并将结果发表在2018年12月的《当代生物学》杂志(Current Biology)上。
为躲避天敌,小小的壁虎掌握着多种贴身绝技——被逼入墙角时能飞檐走壁,被咬住尾巴时会壮士断尾,被追到水边,则会毫不犹豫冲进水里。
“游”过水塘的壁虎。来源:参考文献[1]
乍一眼看去,壁虎仿佛是在游泳,但仔细观察就会发现,它们大半个身子都保持在水面之上,更像是半漂半跑的“凌波微步”。
从慢动作来看,壁虎其实是在水面“凌波微步”。 图片来源:参考文献[1]
但这样的举动着实令人惊诧,毕竟论个头,它们不够小,不能像侏儒壁虎那样完美利用水面张力;而论脚力,它们也远远赶不上蛇怪蜥蜴。按理说,这种壁虎下水多半会沉底,它是如何做到在水面“凌波微步”的呢?
科学家对壁虎凌波微步的本领进行了详细的测试和拆解,发现它的这项绝技可谓集齐武林各家门派之所长。
招式拆解之——“连环掌”
蛇怪蜥蜴(Basiliscus plumifrons)能用双脚在水面上快速奔跑,得益于强有力的后肢和一双大脚板,它们能以站立的姿态快速地用后脚蹬踏水面,利用在水面形成的空腔提供向上的升力。
壁虎没有那么强劲有力的后肢,它们采用的是四肢并用,连环出掌拍击水面,同时头部微扬,在水面上保持一个小的向前的纵倾角(Trim angle),以提供足够的升力。
“连环掌”的技术细节(动力学分析)。图片来源:参考文献[1]
招式拆解之——“神龙摆尾”
除了用连环掌划水外,壁虎还会用动灵活的腰身和尾巴扭出一道优美的正弦,配合四肢的动作,像鱼类一般摆动游走,为壁虎在水面前进增添推动力。
高速摄像机下,壁虎“神龙摆尾”的慢动作。来源:参考文献[1]
招式拆解之——“水上漂”
然而,仅仅依靠四肢和尾部出力,仍不足以让壁虎待在水面之上。科学家们推断,壁虎皮肤的疏水性应该也在其中起到了重要的作用,它们也会利用水面张力去支撑大部分体重,同时减少水滴落在身上产生的阻力。
为了验证这一假设,研究者们邀请了壁虎的亲戚——蛇怪蜥蜴来一起参加测试。他们准备了一个大水缸,录制壁虎和蛇怪蜥蜴在水面行走的情况,然后又在水中添加了肥皂,降低了约一半的表面张力,再次观察它们的表现。
结果发现,肥皂水对蛇怪蜥蜴的表现丝毫没有影响,而壁虎的速度却降低到了58%左右,身体也有明显下沉。也就是说,蛇怪蜥蜴的“水上跑”完全是腿脚功夫过硬,而壁虎则会巧妙借助水面张力来节约体能。
加肥皂前(上)和加肥皂后(下),壁虎“凌波微步”的表现明显不同。来源:参考文献[1]
“凌波微步”可以帮助壁虎迅速划过水面——科学家们通过计算得出,集齐上述招式,壁虎就能以0.6米每秒的速度在水面前进,平均每秒移动10.5个身位。而人类目前的百米自由泳世界记录保持者——巴西游泳选手西埃罗·费罗,平均每秒只有1.3个身位。
“凌波微步”的分解动作。图片来源:参考文献[1]
这些小动物的表现确实令人羡慕不已,那么,人类能不能通过模仿它们,实现在水上奔跑的梦想呢?
一组来自意大利米兰大学的研究者,就从蛇怪蜥蜴的“水上跑”获得灵感,特地对这一问题做了详细地分析和研究。
他们通过计算发现,人类想像蛇怪蜥蜴那样在水面奔跑,有三种实现的途径:
1.加快奔跑速度——以超过30米每秒(约为人类在陆地上奔跑速度极限的3倍)的速度在水面奔跑。这显然很不现实。
2.增大和水面的接触面积——比如穿上一双面积为1平方米左右的踩水专用鞋,并以10米每秒速度奔跑。这看起来也难以实现。
3.换个星球——既然我们没法减少地球引力,那不如找个引力更小的星球去尝试“水上跑”吧。研究者们通过模拟低重力环境测试得出,当相对重力降低到地球重力的22%时,人类就可以轻松地实现“水上跑”了。而我们的邻居月球,以及太阳系中木星的4颗卫星,土星的两颗卫星,冥王星等都是不错的选择。不过等等,就算我们能抵达这些星球,好像也没有可以用来练习水上跑的池塘啊……
研究者们正在通过模拟低重力环境测试“水上跑”的条件。图片来源:参考文献[2]
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