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动物们的超能力

 大科技杂志社 2020-02-17

行走江湖的高人都有自己的安身立命的本事,比如郭靖的“降龙十八掌”、东方不败的“葵花宝典”,或者唐门的毒、苗疆的蛊。其实大自然界中的动物们想要在激烈的生存之战中获得一席之地,也要有自己的看家本领才行,而且,有些动物身手不凡,绝对堪比武林高手。

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。但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五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,发现猎豹最快的速度是93千米/小时,虽比多年前的测量结果稍小,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他们能极快地加速和减速的能力,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。这样的腿的运动方式以及能够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。

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。但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,跑得就有多快,同时改变速度所需的时间也就越短。而减轻脚的重量便能加快收腿的速度,所以想跑得更快的同学们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。但这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。这样你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4万多个电感受器,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。这可能是因为它的食物多是生活在河底泥泞里的小动物,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。

雀尾螳螂虾:超快速的图像识别能力和又快又狠的拳头

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,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(或谓之为光感受器),来辨别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。可为何会有如此多感受器呢?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。

可奇怪的是,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。

后来科学家们才发现,如此之众的视觉细胞赋予螳螂虾的是快速图像识别能力。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。但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识别颜色。因其不涉及复杂的混色过程,所以它们能更加快速地识别颜色,这增加了它们识别潜在猎物的能力,也因此它更容易伏击成功。

雀尾螳螂虾的另一必杀技是它又快又狠的刺拳,这双刺拳可以说其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(相当于10 400个重力加速度),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。

雀尾螳螂虾的之所以能挥出如此迅速而有力的一击,是因为它的攻击臂有一个甲壳质构成的马鞍形“弹簧”,存储着肌肉的力量。攻击臂位于“马鞍”下方的肌肉,挤压时,把弹簧收紧,攻击时,弹簧松开,刺拳祭出毁灭的一拳,这一拳的力量是它的肌肉所能产生的力量的100倍。所以,可以说雀尾螳螂虾是动物界当之无愧的拳王。

灯塔水母:可返老还童

旧时常有寻仙问道、以求长生之人,最著名的当属秦始皇,但终是不得,再者便是《天龙八部》中的天山童姥,因修习八荒六合惟我独尊之术,而有返老还童之力,似可长生,最后却也重伤而逝。现代医学和生物学也认为,人类是不可能永生的。不过,这并不代表长生不老是传说,因为科学家们真的找到了一种理论上可以长生的动物。

此物名唤灯塔水母,初现于大西洋西部的加勒比海,身长不过5毫米,从理论上讲它却无需面对死亡,可以永远存活。而它的秘诀就是可以返老返童,且比天生童姥高级的是,它返老返童期间反而具有更高的抵御外界环境变化的能力。

一般来说,每种水母都有两种存在状态,一种是幼态的、进行无性生殖的水螅型,一种是成熟后进行有性生殖的水母型。普通水母待有性生殖阶段完成之后便会死亡,但灯塔水母却并非如此,它是唯一已知的能够从性成熟阶段恢复到幼虫阶段的生物。

灯塔水母的生命周期为一个月左右,其中大部分时间它是以可以自由移动的水母型态存在。待长至性成熟之后,它能够再次回到幼时的水螅型态,附着于海底,如此往复。当其遭遇极端环境或者食物短缺之时,灯塔水母也可以转换成水螅型态,以求安全度过不良环境。

科学家将这种形态的转换称为“反向的变态发育”,它与变态发育(变态发育是指动物在胚后发育过程中,形态结构和生活习性上所出现的一系列显著变化,致使幼体与成体差别很大的发育方式,比如毛毛虫破茧成蝶)的方向相反,相当于是美丽绚烂的蝴蝶重新变回丑丑的毛毛虫。

这一过程依赖于细胞的“转分化”,即一种类型的分化细胞,不经过脱分化过程,直接转换为另一分化类型的细胞,例如水母的横纹肌细胞经转分化可形成神经细胞、平滑肌细胞、上皮细胞,甚至可形成刺细胞。

水熊虫:强到人神公愤的适应力

古语有云:“尺蠖之屈,以求信也;龙蛇之蛰,以存身也。”讲的是虫蛇之辈靠的是能屈能伸才得以见存于世。但真正把这大丈夫的能屈能伸演绎得淋漓尽致却并非尺蠖或龙蛇,而是一种身长不超过1毫米的叫水熊虫的小家伙。不管你用什么方式攻击它们,这些小小的八脚无脊椎动物依旧会在这个星球上顽固地活着。

它们的本名Tardigrada,取自拉丁语,意即“缓慢步行者”,中文意译之为缓步动物,又因其形似憨态可掬的熊,所以世人更喜欢叫它们水熊虫或者水熊。它虽步态缓慢,从上至6000米以上的喜马拉雅山脉,下至4000米以下的深海都有它的踪迹。它们甚至还能漫步至平流层,真可谓无所不在。

这种攻击力几乎为零的动物,之所以能无所不在,是因为它强大到人神共愤的适应力。它可以承受从零下273 ℃的低温(接近绝对零度)到151 ℃的高温;可以啥也不吃而存活数十载,滴水不沾而历经百年;可以在6000个(6亿帕斯卡)大气压强下安然度日;能承受5.7万伦琴的X射线辐射(500伦琴即可杀死人类),原子弹也对它无可奈何。

看它能适应这么多极端的环境,应该有很多应变之道吧?可实际上,它用得最多的只有一招,那就是把自己缩成“小桶状态”,然后停止所有新陈代谢,待到环境适宜之时再舒展身体,快速繁殖。这真真是把“以不变应万变”做到了极致!当然它也还是有一些其他的小妙招的,比如以海藻糖的形式存储糖类,以保证自己能安然度过干燥失水和高温高压;能够将身体伸展成长条状,以增大与氧气的接触面积;当温度逼至冰点,它们还能生成一些特殊的分子,防止冰晶核的形成,以使细胞免于冻死。

目前,科学家正在外太空寻找水熊虫的基因,以作为它们存活于其他星球的证据,因为科学家们发现水熊虫还可以在外太空的真空强辐射环境下生存。

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