產(chǎn)于坦桑尼亞、盧旺達(dá)和肯尼亞的姆萬扎扁平鬣蜥雄性在繁殖期頭部、頸部和上身呈鮮紅色,下半身呈深藍(lán)色,看起來與蜘蛛俠的服裝顏色驚人地相似。
在現(xiàn)存的爬行動(dòng)物中,蜥蜴是最繁盛的科,全世界約有3000種,我國(guó)已知的有150多種。蜥蜴家族的避役科——“變色龍”是其中最著名的一種分支,但家族中的其他成員也成功地進(jìn)化出了自己豐富多彩的野外生存技能:壁虎喜歡在墻壁上四處游走,樹蜥蜴可以爬在樹干上,飛蜥蜴靠著前后肢之間發(fā)達(dá)的皮膚在樹林中滑行,而蛇蜥蜴利用光滑的身體在地下挖洞,麻蜥、草蜥、石龍子等擅長(zhǎng)在地上飛行,而斑冠鬣蜥甚至可以在水面上自由“行走”
獨(dú)門絕技
蜥蜴是動(dòng)物和食肉動(dòng)物的獵物。因此,他們進(jìn)化出了許多奇特的攻擊和防御能力,甚至一些令人困惑的獨(dú)特技能。在進(jìn)攻方面,主要以舌頭為捕食工具,利用粗糙的舌面和粘液捕食昆蟲。但也有一些物種,比如避役,并不滿足于這種“捉蟲的小把戲”,而是瞄準(zhǔn)生活在樹枝上的鳥類,因?yàn)樗鼈兩囝^末端的吸盤很強(qiáng)大,這樣它們就能捕捉到更大的獵物。
巨蜥是蜥蜴中最具捕食性的。生活在印尼島上的科莫多蜥蜴長(zhǎng)4米多,是當(dāng)今世界上最大的蜥蜴,可以捕食豬、鹿和水牛等大型動(dòng)物。據(jù)說在它生命的早期(一萬多年前的更新世),它甚至可以吃當(dāng)時(shí)的矮象。
在防御方面,除了已知的“斷尾自救”外,多種防御武器也演變成了“尖端”防御武器。例如,澳大利亞蜥蜴的脖子上有一個(gè)冠層狀的項(xiàng)圈,由舌骨支撐四周。它的顏色很鮮艷。遇襲瞬間打開,能嚇跑敵人。
馬達(dá)加斯加島上“迷彩大師”葉尾壁虎的尾巴像一片枯葉,邊緣也有鋸齒狀的凹痕,像是被昆蟲咬過一樣。它的偽裝技術(shù)非常巧妙,幾乎是真假難辨。
鱷蜥蜴是我國(guó)廣西的特產(chǎn),它棲息的樹枝被觸碰后,會(huì)立刻翻身躲在水坑里。潛水時(shí)間可達(dá)20分鐘。因此,它有一個(gè)俗稱叫“潛水蜥蜴”。
北美肥胖的短角蜥蜴有一種可怕的秘密武器,受到攻擊時(shí)能從眼睛中噴出有毒的血液,射程可達(dá)1米。
在巴哈馬,科學(xué)家們引進(jìn)了一種大型食肉蜥蜴,僅僅6個(gè)月以后,島上原產(chǎn)的棕色變色蜥蜴的腿紛紛變長(zhǎng),以便能逃到樹枝上躲避“殺身之禍”。
有趣的是,再過六個(gè)月,它們的腿變短了,因?yàn)樗鼈兏m應(yīng)在小樹枝上移動(dòng)。在短短的一年時(shí)間里,這個(gè)物種已經(jīng)快速進(jìn)化了兩次,令人驚嘆不已!
因此,蜥蜴引起了越來越多生物學(xué)家和生態(tài)學(xué)家的關(guān)注和研究,并逐漸揭開了它們以前所不知道的神秘面紗。他們的諸多能力成為仿生學(xué)專家探索和模仿的對(duì)象。
斷尾再生
蜥蜴在被敵人攻擊時(shí)會(huì)自斷尾巴,尾巴會(huì)不斷跳動(dòng),引起捕食者的注意,所以它可以趁機(jī)逃跑,它的尾巴在生存后可以再生。這是因?yàn)槲沧涤幸粋€(gè)光滑的關(guān)節(jié)面,連接著尾椎的前半部和后半部。這里的肌肉、皮膚和鱗片又薄又松。因此,當(dāng)尾巴受到攻擊時(shí),身體劇烈擺動(dòng),尾部肌肉強(qiáng)烈收縮,就可能在關(guān)節(jié)面折斷尾椎骨。因?yàn)槲舶筒⒉皇呛?jiǎn)單地以脂肪的形式儲(chǔ)存能量,而是形成更容易釋放能量的糖基化脂肪,所以剛剛折斷的尾巴的神經(jīng)和肌肉保持一定的功能,在地面上不斷振動(dòng),從而起到轉(zhuǎn)移捕食者視線的作用。
斷尾后,自傷面上的傷口很快就會(huì)愈合,形成尾芽基。經(jīng)過一段時(shí)間的細(xì)胞分裂和生長(zhǎng),進(jìn)入鱗片形成的分化階段,最后會(huì)生長(zhǎng)出一條比原尾短而粗的全新再生尾巴。
為什么蜥蜴的尾巴能再生?原來,生物體的細(xì)胞分化后,形成不同的器官,具有不同的特殊功能,成為只能做好某項(xiàng)工作的“專才”;而許多未分化的細(xì)胞則是“多面手”,可以根據(jù)身體的需要改變自己的“特長(zhǎng)”。當(dāng)蜥蜴的尾巴受傷時(shí),“多面手”細(xì)胞移動(dòng)到受傷區(qū)域,共同創(chuàng)造一條新的尾巴。
動(dòng)物的再生能力一直是仿生學(xué)研究的重點(diǎn)。
防沙耐磨
對(duì)于生活在沙漠中的蜥蜴來說,體表的鱗片可以保護(hù)身體,防止水分流失。其鱗片覆蓋的體表通常是由單個(gè)鱗片的材質(zhì)和形狀、鱗片的排列和皮膚的多層結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合系統(tǒng)。
鱗片形狀多樣,主要分為四邊形、六邊形、菱形等,鱗片中部有不同程度的突起。這些鱗片有不同的排列方式,可以抽象為瓦片狀排列和正六邊形排列,其他排列方式也可以從這兩種排列方式轉(zhuǎn)換而來。皮膚的多層結(jié)構(gòu)由外角皮質(zhì)、由角質(zhì)層構(gòu)成的硬殼支撐物和填充在硬殼中的軟結(jié)締組織組成。在體表受力時(shí),復(fù)合材料結(jié)構(gòu)能形成多向壓縮的條件,延緩壓力引起的縱向開裂,因此具有較高的承載能力,特別是具有優(yōu)異的抗氣固兩相流沖刷能力。因此,形態(tài)與結(jié)構(gòu)的耦合使沙漠蜥蜴體表具有優(yōu)良的抗風(fēng)沙侵蝕和耐磨性。
這種生物“耦合現(xiàn)象”耦合現(xiàn)象也是工業(yè)仿生學(xué)研究的重點(diǎn)。例如,在水泥生產(chǎn)中,水泥粉磨系統(tǒng)是水泥生產(chǎn)的重要核心部件,其磨損和脫落是制約水泥生產(chǎn)的一大技術(shù)難題。通過模擬沙漠蜥蜴體表形成剛?cè)狁詈系亩鄬幽湍ソY(jié)構(gòu),為磨輥的制備開辟了一條新的途徑。通過形狀、結(jié)構(gòu)和材料的合理耦合,科學(xué)家們成功開發(fā)出多耦合仿生磨輥的生產(chǎn)新工藝,提高了水泥粉磨系統(tǒng)核心部件的耐磨性。
飛檐走壁
壁虎可以在光滑的鏡面墻壁或天花板上自由活動(dòng),甚至可以用一只腳倒掛在天花板上。它可以很容易地連接和剝離,而不留下任何痕跡的表面已被爬行。這種“飛檐走壁”往往令人費(fèi)解。
壁虎漫步不是在吸盤上,而是在每只腳下的兩百萬根細(xì)毛上。絨毛的每根都有幾十微米厚,頂部被分成數(shù)十萬個(gè)更細(xì)、彎曲的絨毛,直徑只有幾百納米。樁端延伸成扁平狀,形成微小的“刮板”,附著力強(qiáng)。這些數(shù)十億的刮刀看起來就像長(zhǎng)在絨毛頂部的花椰菜,為壁虎提供了大面積的附著在墻上的空間,支撐它們的重量。這種特殊的粘附力是由壁虎腳下的大量絨毛和物體表面的分子產(chǎn)生的范德華力累積而成。范德華力是由相互非常接近的中性分子產(chǎn)生的弱靜電力。此外,這種附著力是可逆的,很容易被“剝離”破壞,就好像膠帶被撕掉一樣。
受壁虎的啟發(fā),科學(xué)家們發(fā)明了一種具有防水功能的強(qiáng)力醫(yī)用繃帶,可廣泛用于外科手術(shù)和傷口修復(fù)。他們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬壁虎腳的腳底結(jié)構(gòu),在繃帶表面“刻”出許多極小的溝壑,大大增強(qiáng)了繃帶的附著力,可以貼近人體組織。此外,繃帶由生物聚合物制成,即使留在體內(nèi)也能自動(dòng)生物降解。
科學(xué)家們還開發(fā)了一種叫做壁虎皮的超級(jí)粘合材料,這種材料具有高效、可逆和干粘合的特點(diǎn)。這種仿生材料可以廣泛應(yīng)用于我們的生活中,如制作足球和板球守門員使用的超粘性手套,以及更堅(jiān)固的地鞋和攀巖設(shè)備,制作雨雪天氣不再打滑的汽車輪胎,貼上電視機(jī),電腦顯示器和其他電子產(chǎn)品可以隨意貼在墻上,并根據(jù)需要分開。在影視拍攝中,演員們不用電腦特技,就能在摩天大樓的玻璃幕墻上真正發(fā)揮自己的特技。
壁虎機(jī)器人是仿生學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。例如,有科學(xué)家模仿壁虎腳下皮毛的結(jié)構(gòu),用一種只有20微米寬、類似橡膠的微模具制造出一種聚合物微絲,并制成膠粘涂層。它們被包裹在為壁虎機(jī)器人特制的四只腳上,大大提高了負(fù)載。每只腳都有一只小手,在墻上攀爬時(shí)很穩(wěn)定,可以像壁虎一樣輕松地把每只腳粘住或抬起,在豎直的木板、彩繪的金屬和玻璃上自由行走。
這項(xiàng)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于消防、刑偵、建筑等領(lǐng)域,例如可以用來制造能夠爬陡壁、穿越任何地形的搜救機(jī)器人;可以研制出用于太空探索的爬壁機(jī)器人,它可以在任何惡劣條件下在航天器外表面行走,為飛行器進(jìn)行“體檢”。
林間滑翔
飛蜥蜴俗稱“飛龍”,生活在中國(guó)南方、南亞和東南亞。這種飛行蜥蜴的翅膀從身體兩側(cè)的皮膚伸出,由五根伸出的肋骨支撐。它的肋骨是可移動(dòng)的,可以從身體兩側(cè)延伸,而且延伸得很長(zhǎng)。皮膚被這些肋骨拉著,就像扇子一樣。當(dāng)飛蜥蜴在樹枝上奔跑時(shí),它的肋骨是閉合的,但是當(dāng)它要去另一棵樹時(shí),肋骨是張開的,這樣它們就可以張開“翅膀”飛過去。
仿造飛蜥,人們發(fā)明了帶滑翔傘或降落傘的降落傘套裝。這種降落傘套裝,又稱連體衣,與飛行蜥蜴的翼膜非常相似。由于其新穎性、刺激性和安全性,它問世后幾年便風(fēng)靡全球。降落傘服不僅保證了運(yùn)動(dòng)員自由落體時(shí)的安全,而且延長(zhǎng)了在空中停留的時(shí)間,讓人們體驗(yàn)飛行的意境,也可以自己掌握著地時(shí)間。因此,降落傘也是傘兵們非常喜愛的新裝備。
踏浪行走
除了水黽、釣魚蜘蛛等小動(dòng)物外,大多數(shù)動(dòng)物由于身體太重或速度太慢而不能在水上行走。所以當(dāng)人們看到斑點(diǎn)鬣蜥在水面上“馳騁”時(shí),它所擁有的特殊能力令人驚嘆,并且在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里始終不得其解,甚至認(rèn)為這是蜥蜴的“超級(jí)能力”。因此,它也被稱為“超人蜥蜴”。
斑冠鬣蜥用四條腿在陸地上奔跑,而在水上,只有兩只后腳用來交替奔跑。速度可達(dá)每秒1.5米。它可以在水面上連續(xù)跑約4.5米,然后前肢沉入水中,成為游泳姿勢(shì)。斑點(diǎn)鬣蜥水上行走技術(shù)的秘密在哪里?首先,斑冠鬣蜥不僅有強(qiáng)壯的后腿和大腳,還有和腳趾上的“胡須”一樣的毛邊。在陸地上行走時(shí),胡須是閉合的;在水上飛行時(shí),胡須是張開的,增加了腳與水的接觸面積,這樣它們就不會(huì)在水上傾斜或翻倒。
在高速攝影機(jī)中,斑冠鬣蜥可以分為三個(gè)部分:拍手、戰(zhàn)斗和復(fù)原。在撞擊水面時(shí),它的腳主要是垂直移動(dòng);拍打時(shí),它的腳主要是向后移動(dòng);在復(fù)原過程中,它的腳會(huì)抬離水面,為下一步開始動(dòng)作做準(zhǔn)備。當(dāng)它的腳踏入水中時(shí),淹沒的腿會(huì)產(chǎn)生一個(gè)支撐身體的氣室,并通過腳趾的擴(kuò)張進(jìn)一步擴(kuò)張氣室,有利于腿向上抬起。在洞消失之前,它必須很快地把腳趾提離水面。所以,這有點(diǎn)像我們騎自行車,如果我們不踩踏板,它就會(huì)慢慢停下來,車上的人就會(huì)翻車。
因此,科學(xué)家們跟隨斑點(diǎn)鬣蜥研制出一種可以在陸地和水中行走的兩棲機(jī)器人。機(jī)器人長(zhǎng)約0.3米。整個(gè)車身由碳纖維和塑料制成。采用兩對(duì)相同的四桿機(jī)構(gòu),相移180度,由輕型大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)。它可以模擬蜥蜴腿的踏水運(yùn)動(dòng)。如果配備生化傳感器,這種兩棲機(jī)器人可以用來監(jiān)測(cè)水質(zhì);如果攜帶攝像頭,則可以參與搜救工作。
登陸火星
現(xiàn)代人的生活離不開各種各樣的交通工具。然而,車輪非常適合在平坦的道路上行駛。當(dāng)?shù)孛嬗伤缮⒌纳匙踊虼髩K巖石組成時(shí),普通車輛不能移動(dòng)。因此,科學(xué)家們正在研究能夠快速穿越沙漠的蜥蜴。例如,非洲撒哈拉沙漠中的“魚蜥蜴”可以像蛇一樣,從頭到尾、從左到右交替擺動(dòng)身體,在沙丘間蜿蜒而行;美國(guó)的刺趾蜥蜴只會(huì)用它強(qiáng)壯的后腿著陸和旋轉(zhuǎn),速度和風(fēng)車一樣快,張開它剛毛的腳趾推動(dòng)沙子跑得更快。對(duì)于地形較為復(fù)雜的蜥蜴來說,它通常四肢著地在細(xì)砂或礫石上爬行,必要時(shí)只能用兩條腿跑。
基于這種蜥蜴對(duì)各種困難和復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)能力,科學(xué)家開發(fā)出一種C形腳的六條腿機(jī)器人。
它的附屬物非常適合在堅(jiān)硬物質(zhì)較少的粗糙和柔軟表面行走。該機(jī)器人長(zhǎng)12.7厘米,重136克,非常適合執(zhí)行搜救任務(wù)。未來,它還可能被選為火星探測(cè)器。它將由火箭發(fā)射到火星表面,在火星的丘陵或沙地上跳躍,進(jìn)行環(huán)境調(diào)查和科學(xué)考察。
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