14-10-13

为什么蛇爬树的时候不会滑下来

最新的研究发现,有些蛇就像胆小鬼,在爬树的时候会牢牢抓住树干,保住珍贵的性命。

这项研究发现,蛇在攀爬时,会牢牢抓住树干或其他表面,用的力气远远超过了需要。研究者说,这项发现表明,爬行动物更重视安全,而不是节约能量。

对于动物来说,与在平坦的陆地上水平移动相比,爬上垂直或倾斜的表面要更困难一些。这种运动的关键,是设法避免身体在重力作用下滑下来,而不同的动物有不同的解决方法。

例如,很多哺乳动物会用爪子抓住树干;有些蜥蜴和树蛙会用专门的脚蹼抓住垂直的表面,这些脚蹼上有细小的绒毛,能够与物体表面分子之间产生一种静电力(叫做范德华力)。但是人类和其他动物没有这样的能力,只能靠肌肉的力量产生的摩擦力防止滑落。

蛇也是靠摩擦力爬上陡峭的表面的。更具体的说,它们会采用一种伸缩前进的方式,交替收缩和伸展身体。“基本上,身体的一部分会牢牢抓住它们能抓住的任何东西,而另一部分向前伸展,”纽约Siena大学的生物学家Greg Byrnes说。“就像手风琴一样一开一合。”

直到现在,也没有人知道蛇在伸缩前进时肌肉用了多少力量。所以Byrnes和他的同事,辛辛那提大学的Bruce Jayne,决定发现这个答案。

他们两人在一根垂直的圆柱上缠上了美纹胶带(以便产生必要的摩擦力),并在圆柱上贴了一些压力传感条。接下来,他们测量了10条蛇在爬上圆柱时用的力量,每条蛇爬了10次。这10条蛇分属五个品种,包括蟒蛇、棕色树蛇、地毯蟒、绿色树蟒和一种比较小的蟒蛇。

然后,Byrnes和Jayne计算了这些蛇为了不从圆柱表面上滑下来所需要的最小抓力。

他们将蛇放在一个贴着美纹胶带的平板上,然后抬起这块板的一端,直到蛇开始下滑为止。这时板倾斜的角度可以帮助他们得到蛇与平板表面之间的摩擦系数,从而进一步计算出蛇必须用多大的力量才能对抗重力带来的下滑趋势。他们的计算还考虑了蛇在向上攀爬时产生的大小相等,但是方向向下的力。

研究人员认为,蛇本来可以采取比较经济的方法,用尽可能少的力量抓住圆柱。毕竟,攀爬是很耗费能量的,而有些蛇可以控制肌肉的力量,至少在缠紧猎物的时候可以控制。但是实际上,它们并没有这样做。

有时候,这些蛇的“安全系数”接近1,也就是说,这些这些爬行动物会用尽可能小的力量抓住圆柱体,只要不滑落就可以。还有些时候,它们的“安全系数”几乎达到了20,和它们缠紧猎物时用的力差不多一样,是避免滑落所需要的最小力量的20倍。

Byrnes说,“在绝大多数时候,安全系数在2.5到5之间。它们没有使出最大的力量,但是也不是所需要的最小力量。”

为什么一般来说,蛇在攀爬时用来缠紧圆柱的力量是实际需要的五倍?研究人员并不清楚。他们猜测,可能是因为生活在树上的蛇并不经常移动,所以它们在攀爬时耗费的能量对于它们的生活并没有多大影响。

也可能是安全的重要性远远超过了节约能量的重要性。虽然研究人员还没有深入研究这个问题,但是Byrnes说,动物界将安全放在经济性之上这种行为,可能比我们想象得更普遍。

研究表明,壁虎和变色龙在攀爬时会产生很大的附着力,是支撑它们体重所需的10倍。虽然还没有研究考察过人在爬绳索或岩石时使用的抓力,但是Byrnes说,人使用的力量也会是抓住物体所必需的力量的2到4倍。

Byrnes现在很感兴趣的是,为什么蛇有如此高的安全系数,并计划研究蛇在攀爬时的抓力模式和肌肉活动。他还有兴趣研究其他类型的行为安全系数。

例如,瞪羚被追捕的时候会以最大的速度奔跑吗?动物在跨过缝隙的时候,会选择跳多远?他说,“动物在选择安全系数的时候有很多不同的模式,在这方面的研究真的非常欠缺。”

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