一米六七八的你,彈跳力還不如這個沒有腿的肉蟲子

邁克爾·懷斯(Michael Wise)把十二隻癭蚊(yǐng)幼蟲放入了培養皿,然後他驚訝地發現:

裡面竟然只剩兩隻了!其他的幼蟲從培養皿中逃了出來,在實驗室裡到處亂跳。

懷斯是羅諾克學院的植物學家,他研究癭蚊,這種小昆蟲會將卵產在一枝黃花屬植物中。蟲卵孵化後,發育中的幼蟲會讓植物產生異常腫脹,稱為蟲癭

懷斯剖開蟲癭,收集裡面橙色的、米粒大小的幼蟲。他注意到,這些小傢伙經常開始跳個不停:從蟲癭中跳出,從他的手中跳出,從培養皿中跳出。他想知道,這些沒有腿的小動物究竟是怎麼跳起來的,而且還能跳得那麼快、那麼遠

一米六七八的你,弹跳力还不如这个没有腿的肉虫子

癭蚊幼蟲跳躍的慢動作 | SHEILA PATEK

驚人的跳躍能力

幸運的是,他知道該去找誰尋求幫助。懷斯的研究生同學西拉·帕泰克(Sheila Patek)是杜克大學的生物學家,她研究了出拳速度如子彈的蝦蛄還有鋸針蟻,這種螞蟻擁有閃電般速度的鄂夾。“許多人都知道我研究體型小、速度快的動物,所以我收到了很多拍攝各種東西的請求,”帕泰克說,“我一般都會答應。”

然而,她說,許多人認為動得非常快的動物“其實並沒有那麼快”。拍攝魚的突擊或蚱蜢的跳躍,只需要用1000幀每秒的高速相機就夠了。而拍攝癭蚊的幼蟲,帕泰克不得不拿出20000幀每秒的相機。“它們跳躍的速度跟跳蚤一樣快,但跳蚤可是用腿的呀,”她說,“這些小傢伙真的很棒。”

一米六七八的你,弹跳力还不如这个没有腿的肉虫子

起跳後在空中翻轉的蠅蚊幼蟲 | SHEILA PATEK

儘管它們的跳躍速度很快,“(但)我認為它們沒有瞄準(目的地)的能力,”帕泰克的同事格蕾絲·法利(Grace Farley)說。為了拍攝癭蚊幼蟲,法利每次將一隻放在培養皿中,並等待它把頭部和尾部卷在一起、準備起跳的那一刻。當那一瞬間來臨時,法利會旋轉培養皿,讓幼蟲至少對著正確的方向(這個方法並不是總是奏效,但由於高速視頻文件非常大,拍得不好的視頻通常會被刪掉,所以法利沒能保存拍攝花絮令我感到很遺憾)。

令人吃驚的是,通過視頻能看到,這些幼蟲的跳躍技術相當複雜。它們把身體蜷成一個圈,將兩片微小的毛髮結合在一起——一片在頭後面,一片在尾巴上。當這兩片毛髮接觸時,它們會黏在一起。接著,幼蟲把自己身體內部的液體泵入身體的後三分之一處,將其變成一個腫脹的支柱,法利稱這個支柱為“暫時的腿”。“腿部”積累的壓力越來越大,

直到超過將頭部和尾部黏在一起的力。然後,它們釋放自己,“腿”向下推,整個身體向上爆起。

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蠅蚊幼蟲跳躍的四個步驟 | Sheila Patek

“這些幼蟲向我們展示了柔軟的軀體是如何像堅硬的肢體一樣行動的,”密歇根大學的塔利亞·摩爾(Talia Moore)說道。

研究團隊表明,癭蚊幼蟲可以跳到13釐米之遠。這

比它們體長的36倍還要長,好比一個人能跳61米遠。此外,它們還非常地有效率:如果要用爬的到達同樣的距離,需要花28倍的能量。

在野外,這種驚人的跳躍能力可是它們的救命法寶。如果蟲癭被破壞,它們便可以跳到安全的地方去。許多物種在長大到一定程度後就會離開蟲癭。它們掉在地上,隨意跳躍,直到落在黑暗潮溼的土壤上,在那裡長大成蟲。

跳躍健將未必要用腿

其實,還有許多不用藉助腿也能跳躍的動物。跳蟲——昆蟲的小小親戚——用尾巴下方的特殊附屬物推地面而跳起。叩頭蟲背靠平面躺下,並用力地用頭撞擊平面,以此跳躍。有些蛇則可以完全從地面跳起,如跳蝮蛇和一種中南美洲的褐色蚩蛇(Chironius fuscus)。

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跳蟲用尾巴下方的附屬物推地面而跳起 | globalzoo/Youtube

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叩頭蟲用頭撞擊平面跳躍 | Bob Miller/Youtube

上面這些例子中,堅硬的身體部位充當了肢體。相比之下,“癭蚊的幼蟲沒有複雜的肌肉骨骼系統,這讓它的跳躍更為了不起,”摩爾表示。其他身體柔軟的蠕蟲狀動物也能以同樣的方式跳向空中:它們捲曲成一個環,把頭尾鎖在一起,給自己身體的一部分施加壓力,然後起跳。其他蠅的幼蟲以及線蟲也會這樣跳躍。線蟲非常小,它們甚至不需要有黏毛,覆蓋身體的水的表面張力足以將頭部和尾部鎖在一起。

這些跳躍健將有很多屬於物種非常豐富的群體,因此,這種運動方式可能比蝗蟲或袋鼠那種由肢體推動的跳躍更為常見。“這可能是一種比蚱蜢的腿更為基本的運動方式,”帕泰克說,“我認為這種方式很普遍,只是我們一直忽視了它。”

學它做個機器人

這些柔軟的跳躍動物或許能幫助工程師開發出更耐用的機器人,用於搜索救援之類的任務。帕泰克說:“工程學真的很不擅長製造小型、有極高加速度、不會自毀,還能反覆使用的設備。”放棄硬質材料,轉而使用軟質材料或許可以解決這個問題,前提是這種軟質的機器人能以有用的方式移動。

卡內基梅隆大學的則尼普·泰梅爾(Zeynep Temel)負責開發受生物學啟發的機器人,他表示:“具有柔軟身體的機器人更不容易被損壞,如果讓這些機器人在受震災區等雜亂的環境中工作,將給我們帶來巨大的優勢。” 而癭蚊的幼蟲正向我們展示了,

有一個柔軟的身體,並不意味著要犧牲機動性或效率

[1] One Giant Leap for Maggotkind, Ed Yong, https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/08/maggots-can-jump-even-though-they-dont-have-legs/595951/

[2] Adhesive latching and legless leaping in small, worm-like insect larvae G. M. Farley, M. J. Wise, J. S. Harrison, G. P. Sutton, C.Kuo, S. N. Patek Journal of Experimental Biology 2019 222: jeb201129 doi: 10.1242/jeb.201129 Published 8 August 2019

翻譯:Amaranth

校對:窗敲雨

一個AI

還有一種哺乳動物,把尾巴變成彈簧進行跳躍

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果殼

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