真人斗地主

动物(wu)(wu)、小动物(wu)(wu)图片及名称大(da)全(quan),欢(huan)迎来到奇妙的动物(wu)(wu)世界,欢(huan)迎光临(lin)爱动物(wu)(wu)网(wang)!

欢迎小伙伴加入爱动物交流群:186478492  

金花蛇是怎么在空中“飞”(滑翔)的?

作者:张(zhang)二七 2020-07-12 浏览: 3,053 评论:0

摘要: 在目前已知的所有蛇类中,只有一类“会飞”,就是金花蛇(Chrusopelea),别名“飞蛇”。目前在金花蛇属中共确认了5个种,它们主要集中分布于东南亚、美拉尼西亚群岛及印度。 天堂金花蛇(图片来源:Jake Socha) 你见过会飞的蛇吗?金花蛇是已知唯一会...

在目前已知(zhi)的(de)所(suo)有蛇类(lei)(lei)中(zhong),只有一(yi)类(lei)(lei)“会(hui)飞”,就是(shi)金(jin)花蛇(Chrusopelea),别名“飞蛇”。目前在金(jin)花蛇属中(zhong)共确认了(le)5个种,它(ta)们主要集中(zhong)分布于东南亚、美(mei)拉(la)尼西亚群(qun)岛(dao)及印度。

天堂金花蛇

天堂金花蛇(图片来源:Jake Socha)

你见(jian)过(guo)会(hui)飞(fei)的蛇(she)(she)吗(ma)?金花蛇(she)(she)是已(yi)知唯(wei)一(yi)会(hui)“飞(fei)行”的蛇(she)(she)类(lei),这种“飞(fei)蛇(she)(she)”能够在(zai)树木间滑翔的秘诀,受到一(yi)些(xie)物理学(xue)家(jia)的关注。通(tong)过(guo)20年(nian)的研究,现在(zai),他们终于找到了金花蛇(she)(she)“飞(fei)行”的两个关键因素。

说它(ta)们“会飞”其实并不太准确,金花蛇只是(shi)拥有(you)短距离(li)滑(hua)翔的(de)能力,而并不能靠自己的(de)力量在(zai)空中(zhong)提升(sheng)高(gao)度。比如,其中(zhong)的(de)天堂金花蛇(Chrysopelea paradisi)会在(zai)高(gao)处的(de)树冠间(jian)弹(dan)跳(tiao)穿梭,从(cong)一根树枝滑(hua)翔到(dao)几米外的(de)另一根树枝上(shang)。当它(ta)在(zai)半空中(zhong)摆动身体(ti)时(shi),看(kan)起(qi)来就像是(shi)在(zai)“飞翔”一样。

飞蛇的动力学

作为一(yi)种没有四肢的(de)(de)(de)(de)动物,这(zhei)种蛇的(de)(de)(de)(de)“飞(fei)行(xing)”能力的(de)(de)(de)(de)确令人震惊(jing)。它们既缺少(shao)类似双翼的(de)(de)(de)(de)结(jie)构,也(ye)没有看起来能够在(zai)飞(fei)行(xing)途中维持平(ping)衡和方向的(de)(de)(de)(de)部位。那么它们又是如何在(zai)树冠间穿(chuan)梭,而不(bu)会(hui)失去平(ping)衡并跌落(luo)在(zai)地的(de)(de)(de)(de)呢?

弗吉(ji)尼亚(ya)(ya)理工(gong)学(xue)院的(de)Jake Socha已经(jing)研究这(zhei)种蛇20年了(le)。在19世纪初,一位英国科学(xue)家在他位于东(dong)南亚(ya)(ya)的(de)茶园(yuan)中(zhong)就曾看到(dao)一条滑翔(xiang)的(de)金(jin)花蛇。然而直到(dao)2002年,Socha在《自然》杂志发表了(le)一篇(pian)关(guan)于这(zhei)种蛇“飞行”能力的(de)文章(zhang),才将这(zhei)种蛇及其卓越的(de)滑翔(xiang)技巧(qiao)带入了(le)大家的(de)视野。

在2002年的(de)这项研究中(zhong),Socha发(fa)现,准备“起(qi)飞(fei)”时,金花蛇(she)会先爬(pa)到树枝(zhi)的(de)顶端(duan),把自己挂成J形,然后(hou)(hou)像个弹簧(huang)一样收缩身体(ti)(ti),准备发(fa)射。起(qi)跳后(hou)(hou),为了飞(fei)的(de)尽可能(neng)远(yuan),它(ta)会把身体(ti)(ti)变得扁平,宽度几乎可达正常(chang)状态(tai)的(de)两倍。从横截面看(kan),它(ta)的(de)身体(ti)(ti)腹(fu)部向上弯曲,变成了一个横放的(de)“C”字状。Socha当时认为,这种飞(fei)盘一样的(de)形状可以让(rang)身体(ti)(ti)下方的(de)气压更高,从而使(shi)空气更好(hao)地“托起(qi)”蛇(she)的(de)身体(ti)(ti)。

在随后的(de)(de)(de)三年(nian)间,Socha确定了金花蛇(she)滑(hua)翔(xiang)过程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)一些(xie)重(zhong)要变(bian)量:起始(shi)角度(du)、水(shui)平速度(du)、蛇(she)的(de)(de)(de)重(zhong)量、长度(du)以(yi)及在飞(fei)行(xing)过程(cheng)中(zhong)蛇(she)的(de)(de)(de)摇摆(bai)(bai)。他(ta)发(fa)现,蛇(she)的(de)(de)(de)大(da)小(体(ti)重(zhong)和(he)长度(du))对滑(hua)翔(xiang)距离很重(zhong)要——蛇(she)越小,它滑(hua)的(de)(de)(de)就(jiu)越远。同时,他(ta)还发(fa)现在滑(hua)翔(xiang)时,蛇(she)身(shen)还会不停摆(bai)(bai)动,这似乎也(ye)对滑(hua)翔(xiang)能力起到了影响。Socha被(bei)这种独特的(de)(de)(de)蛇(she)深深吸(xi)引,并且开始(shi)进一步(bu)研(yan)究金花蛇(she)的(de)(de)(de)滑(hua)翔(xiang)能力。

2010年,Socha和研(yan)究(jiu)团队给专门搭建(jian)了一(yi)座(zuo)8米多(duo)高的(de)高塔,并在(zai)上面(mian)装了树枝,来模(mo)拟树冠。他们(men)发现,从(cong)这(zhei)座(zuo)塔上跃下,蛇(she)最远能滑(hua)(hua)翔24米。他们(men)让蛇(she)反(fan)复跳下,并用4台照相机捕捉蛇(she)在(zai)滑(hua)(hua)翔过(guo)程中的(de)动作。通过(guo)这(zhei)些图像(xiang),研(yan)究(jiu)者创(chuang)建(jian)了一(yi)个滑(hua)(hua)翔中的(de)蛇(she)的(de)3维模(mo)型。

借助这(zhei)个(ge)(ge)模型,他们3D打印出一(yi)个(ge)(ge)滑翔中(zhong)的(de)扁(bian)平(ping)的(de)金花蛇(she)(she)模型,并(bing)且(qie)放到(dao)水(shui)缸里(li),通过(guo)水(shui)流研(yan)究(jiu)其流体动力(li)学(xue)特征。同时(shi),他们还联系了(le)乔治·华盛顿大学(xue)的(de)航空工程师Lorena Barba,在电脑(nao)中(zhong)计算了(le)蛇(she)(she)模型的(de)空气(qi)动力(li)学(xue)模拟。最终,他们发现在金花蛇(she)(she)的(de)滑翔过(guo)程中(zhong),空气(qi)的(de)“吸力(li)”似(si)乎提供(gong)了(le)重要的(de)作用:当金花蛇(she)(she)的(de)身体变得扁(bian)平(ping)后,蛇(she)(she)身上方(fang)形成了(le)小(xiao)小(xiao)的(de)涡流,这(zhei)里(li)的(de)低气(qi)压把蛇(she)(she)“吸”了(le)起(qi)来。

扭动的力量

但金花蛇的(de)滑翔能力还存在着一个谜团:它(ta)们(men)在滑翔时(shi)为何要摆动身体呢?Socha和他的(de)合(he)作伙伴(ban)Issac Yeaton等人提出的(de)一种(zhong)猜测是(shi),摆动身体或许(xu)能够帮助它(ta)们(men)更(geng)好地滑翔。然而考虑到所有蛇类都有这(zhei)样的(de)摆动能力,它(ta)们(men)的(de)正(zheng)常(chang)运(yun)动方式就(jiu)是(shi)会不断(duan)扭动自己的(de)身体。因(yin)此研究者(zhe)也不得不怀疑,或许(xu)滑翔时(shi)的(de)摇摆只是(shi)它(ta)们(men)正(zheng)常(chang)运(yun)动所残留下来的(de)动作。

为了解答这个问题,他(ta)们决定(ding)利(li)用(yong)动作捕捉技术,更仔(zi)细、精(jing)确地(di)研究(jiu)金(jin)花蛇(she)的滑翔(xiang)能力。在(zai)最近发表于《自然·物(wu)(wu)理(li)学(xue)》的这项(xiang)研究(jiu)里(li),他(ta)们采用(yong)了天(tian)堂金(jin)花蛇(she)作为研究(jiu)对(dui)象,并且在(zai)蛇(she)背部安(an)放了一系列红外反射标记。这样,就能通(tong)过记录这些(xie)标记物(wu)(wu),复原(yuan)蛇(she)在(zai)滑翔(xiang)时身体(ti)的所有动作。

研究团队选择(ze)了(le)一个剧(ju)院作为试验场地(di),为了(le)避免蛇(she)(she)在(zai)降落时受(shou)伤,他(ta)们还在(zai)地(di)面上铺好了(le)柔软的(de)泡(pao)沫垫。在(zai)“舞台(tai)(tai)”中(zhong)央,研究者放了(le)一棵(ke)“人造树(shu)(shu)”,这棵(ke)树(shu)(shu)的(de)树(shu)(shu)枝是橡(xiang)树(shu)(shu),上面粘(zhan)有假的(de)叶子和藤蔓——这里就是蛇(she)(she)滑翔的(de)起(qi)点。在(zai)随后的(de)9天(tian)里,研究者不断让蛇(she)(she)从这棵(ke)树(shu)(shu)上跳下,并用一套由24台(tai)(tai)摄像机组成(cheng)的(de)动作捕捉系统,实时记录蛇(she)(she)身上标记物的(de)位(wei)置(zhi)。

借助这些(xie)数据(ju),研究者(zhe)终于如愿获得(de)了一(yi)个“解剖学(xue)意义上准确的”金(jin)花(hua)蛇(she)(she)3维模(mo)型(xing)。这样一(yi)来,他们终于能在(zai)电脑(nao)上,结合惯(guan)性(xing)和空气动(dong)力学(xue)的影响,分别模(mo)拟(ni)金(jin)花(hua)蛇(she)(she)在(zai)有(you)无摆(bai)动(dong)时的滑翔(xiang)能力。他们发现,在(zai)不摆(bai)动(dong)时,金(jin)花(hua)蛇(she)(she)也(ye)能滑翔(xiang)很(hen)远一(yi)段距(ju)离,然(ran)而它们在(zai)滑翔(xiang)过程中极(ji)易发生翻滚或坠落。与(yu)之相反,当添加了摆(bai)动(dong)的动(dong)作后,金(jin)花(hua)蛇(she)(she)模(mo)型(xing)就可(ke)以稳(wen)定滑翔(xiang)很(hen)长一(yi)段距(ju)离。

通过动作捕捉技术重建的蛇飞行模拟图

通过动(dong)作(zuo)捕(bu)捉技(ji)术(shu)重建的蛇飞行模拟图(tu)

这(zhei)样看来,我们似乎已经解答(da)了(le)(le)金花蛇滑(hua)翔能力的(de)(de)奥秘(mi),但这(zhei)是(shi)否回答(da)了(le)(le)他(ta)们所提出的(de)(de)问题(ti)呢?伦敦大学学院的(de)(de)Jim Underwood在一篇观(guan)(guan)点(dian)文章中(zhong)提醒到,不能简单粗暴(bao)地认(ren)为(wei)(wei)金花蛇的(de)(de)摆动只是(shi)为(wei)(wei)了(le)(le)滑(hua)翔的(de)(de)稳定(ding)性(xing),并彻底排除这(zhei)种摆动只是(shi)它们正常运动习(xi)惯的(de)(de)可能性(xing):“这(zhei)两(liang)种观(guan)(guan)点(dian)可能都是(shi)正确的(de)(de)。”

“与以往一样,在解释动(dong)物为何(he)演(yan)化出某些性状或(huo)行为时,尤(you)其(qi)在运动(dong)的(de)稳定(ding)性方面,必须(xu)谨慎对待。比如(ru)滑(hua)翔的(de)鸟(niao)类看(kan)(kan)起来可能(neng)稳定(ding)性很差,但或(huo)许(xu)这并不(bu)(bu)能(neng)被(bei)视作不(bu)(bu)适应,”Underwood这样提醒道,“比如(ru)你(ni)单(dan)看(kan)(kan)猫头鹰的(de)某个滑(hua)翔姿态,也不(bu)(bu)觉得它(ta)能(neng)实现(xian)稳定(ding)的(de)滑(hua)翔,但它(ta)们(men)的(de)确(que)是滑(hua)翔的(de)好手。”

尽管未能完美回答最初的(de)问(wen)题(ti),这项研究(jiu)(jiu)仍然对相关蛇形机器人(ren)的(de)改进设计提(ti)供(gong)了很大帮助。研究(jiu)(jiu)者在论文中(zhong)提(ti)出,这项研究(jiu)(jiu)可以(yi)为以(yi)飞(fei)蛇为灵感的(de)蛇形机器人(ren)的(de)设计,提(ti)供(gong)空中(zhong)摆(bai)动的(de)运动模板和理论基础,同时也(ye)能帮助简化现有(you)的(de)类(lei)似机器人(ren)。