谜底揭开:蛇为什么能够轻松滑行游走?

导语:爬行类动物能够毫不费力地蠕动他们那没有四肢的躯体,在各种不同地形上滑行。他们是怎么做到的?科学家揭开了这一谜底。
 
谜底揭开:蛇为什么能够轻松滑行游走?
加州王蛇(Lampropeltis californiae)周身覆盖着一层只有几纳米厚的脂肪润滑层。
摄影:JOEL SARTORE,NATIONAL GEOGRAPHIC CREATIVE
 
  科学家们发现了蛇类之所以可以轻松滑行的原因:这类动物的鳞片上覆盖有一层薄得惊人的脂肪润滑油。
 
  这一发现不仅解释了这种爬行类动物拥有滑不溜丢的诡异触感的原因,还为新型工业润滑油和工业涂料的开发指明了道路。有不少机器人的设计灵感来源于蛇类动物,这一发现也让这些机器人得以改善。
 
  “你知道吗,美国的乡村集市上有一种抓捕身上抹了油的猪的比赛,”Joe Mendelson说道,“这些人刚刚证明了,蛇就是自己给自己抹了油的猪。”Mendelson是亚特兰大动物园(Zoo Atlanta)的一位爬行动物学家,他并没有参加此次研究。
 
  蛇可以平滑流畅地在各种地方蠕动他们那没有四肢的躯体??蒲Ъ颐谴舜蔚姆⑾趾芎玫亟馐土松呃嗫梢宰龅秸獾阍?。
 
  蛇会爬树,可以快速游过灼热的沙漠,会游泳,甚至还能“飞”——蛇会从一根树枝上滑翔到另一根树枝上。但是,如果没有最外面那层蛇鳞(这层蛇鳞是蛇类数百万年来进化的产物)的话,它们就无法做出那样令人惊艳的举止。
 
  蛇鳞最明显的一大特征一直以来都令人相当不解:为什么蛇腹部的鳞片会比蛇背部的鳞片更滑?
 
  考虑到蛇要避免被障碍物绊倒,蛇腹部的鳞片比较滑溜光滑并不是什么值得惊讶的事。
 
  研究人员在高倍显微镜下对蛇鳞进行了检测。不过,他们没发现蛇腹部鳞片和背部鳞片在结构上有什么差异——这也就是说,无论是什么让蛇腹部的鳞片如此光滑,这一物质都覆盖了蛇的整个身躯。但是,这种物质到底是什么呢?
 
平滑游动小能手
 
  为了揭开这一谜底,研究负责人、俄勒冈州立大学(Oregon State University)化学工程师 Joe Baio与德国马克斯•普朗克聚合物研究所(Max Planck Institute of Polymers)的Tobias Weidner携手合作,煞费苦心地对加州王蛇(Lampropeltis californiae)蜕下的蛇皮进行了检测。
 
  团队用激光照过整张蛇皮的表面,查看其鳞片的表面分子对光线的反射和散射作用——这种技术通?;岜挥美醇觳槲⒌缱?。
 
  “这可真是疯狂,”Baio说道,“看到我们带着蛇皮过来,那帮物理学家都吃惊地露出一副‘你们这帮人是过来干什么的?’的样子。”
 
  研究团队除了扫描外还做了一些其他测试。在此过程中,研究者在蛇鳞表面检测到了一层特别薄的油脂层——一种组成脂肪的烃链。
 
  《英国皇家学会界面期刊》(Journal of the Royal Society Interface)12月9日刊载的这一研究表示,这层油脂层厚度只有几纳米,比人类发丝的宽度还要薄上成千上万倍。
 
  此外,王蛇的腹部和背部上似乎覆盖着两种不同的润滑剂。蛇腹部鳞片上的油脂比其背部鳞片上的油脂更加润滑有序——该研究文章的作者表示,这种化学上的变化甚至连专业的工程师也很难实现。
 
“自然的小秘密”
 
  但是,如果蛇类长久以来躯体上一直都有脂肪,人类为什么从来都没有注意到这点呢?
 
  蜗牛等其他动物会分泌液体润滑剂,在爬行的地方留下痕迹,但蛇却不一样。蛇的润滑剂就藏在它们自己的鳞片上,在其表面形成了一层持久的润滑层。
 
  由于蛇类鳞片上的润滑剂不会被其他东西抹去留下痕迹,因此此前研究蛇类的人们对此一无所知。
 
  研究者研究的加州王蛇并不是一种特别不寻常的蛇类,因此研究团队认为,他们的结果可以适用于许多种不同的蛇类。
 
  Baio怀疑,不同的蛇类分泌的润滑剂各不相同,每种蛇会分泌其独特的润滑剂。
 
  此外,研究者也很期待未来人们能够在人造材料上仿制蛇鳞上的润滑层。
 
  比如说,这一润滑剂如果能够复制成功,它就能帮助救援机器人更加顺利地运行,还能够改善新一代的涂料。
 
  “自然早在数百万年前就发明了这一物质,”Weidner说道,“我们可以试着去探寻、去理解它的小秘密。”
 
(译者:钱南瓜)
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