跳伞蝾螈已掌握了优雅坠落的技巧

与其费力爬下世界上最高的树,为什么不直接乘坐“重力电梯”呢?
a small brown salamander on a log
漫游蝾螈(Aneides vagrans)简直是个空中杂技演员。Christian Brown 摄

乍一看,这只5英寸长的漫游蝾螈似乎并不适合进行空中杂技表演。这种两栖动物一生都生活在加州红杉树的树冠上,它们没有滑翔蜥蜴、青蛙或哺乳动物那样可见的薄膜或皮瓣。但是,当受到惊吓时,漫游蝾螈会跃入空中,并以相当大的距离落到下方的树枝上。

5月23日,《当代生物学》杂志刊登了科学家们的研究报告。他们发现,这并非慌乱无控的坠落。当研究人员将漫游蝾螈(Aneides vagrans)放入风洞中时,这种两栖动物会摆出类似于人类跳伞运动员的姿势,并利用它们的尾巴和脚来减缓速度并引导下降。研究团队得出结论,这一发现表明,其他栖息在树上的动物可能也拥有隐藏的滑翔能力。

“这种蝾螈令人惊讶,因为它看起来根本不应该能在空中做出任何动作,”弗吉尼亚理工大学的生物力学家Jake Socha表示,他研究的是飞行蛇,这是另一类在没有明显空气动力学特征的情况下也能在空中移动的动物。“似乎许多动物都通过进化偶然发现了类似的特征组合,包括那些有助于它们控制空中身体的行为。”

Aneides vagrans 在垂直风洞中进行“跳伞”,其空速大致对应于该动物的终极速度。
图片来源:Christian Brown

南佛罗里达大学生物学博士候选人、该研究的合著者Christian Brown表示,红杉森林的树冠是它们自己的一个独立世界。经过数百年,树枝之间的缝隙会积聚数千磅的碎片,形成海绵状的垫子,这些垫子收集水分,并滋生植物和小动物。

“当你爬进树里,向下看时,你实际上看不到森林地面——你只能看到下方排列着更多的蕨类垫子,”Brown说。“这就像一个由蕨类垫子组成的垂直迷宫。”

漫游蝾螈可能会跳跃以逃避捕食者,或者在食物或配偶稀缺时寻找更有希望的栖息地。仅仅沿着树干爬下来可能需要很长时间,而且有脱水或被捕食的风险。“如果我乘坐‘重力电梯’,我将在几秒钟内到达那里,而且不必冒任何这些风险,”Brown说。

他认为,这些跳跃大多发生在距离地面40到80米(131到262英尺)的范围内。考虑到蝾螈的体重很轻,以及森林地面的缓冲垫,直接摔到地面未必是致命的。但即使蝾螈侥幸生还,它也可能与食物和配偶隔绝,可能没有精力爬回庇护所,并可能被太平洋巨型蝾螈等大型物种吞食。

Aneides vagrans 被发现当受到惊扰时会毫不犹豫地跳跃,生物学家们正在仔细研究这些空中行为。图片来源:Christian Brown

所有这些危险都给了这种两栖动物在空中进行机动操作的强大动力。Brown和他的团队此前发现,漫游蝾螈的跳跃方式与其他物种略有不同。他表示,用双脚而非单脚起跳等技巧,可能让它们在空中获得更大的控制力。

在新的实验中,Brown和他的合作者们更仔细地观察了漫游蝾螈在空中的表现。他们还研究了另外三个在该地区生活但通常不冒险进入树木的物种。研究人员将这四个物种的成员放入风洞中,Brown表示,风洞“基本上创造了一个动物悬停在原地,并模拟了无尽的下降。”

不出所料,漫游蝾螈似乎最适应这种情况。它们以类似于跳伞运动员的姿势定位自己,以降低下落速度,研究人员称这种行为为“跳伞”。蝾螈会采取特定的身体姿势,“张开四肢,将大大的手脚远离身体,仰起脖子,抬起尾巴,形成一个巨大的U形,”Brown说。研究团队发现,当它们使用这种“跳伞”姿势时,垂直速度或下降速度减少了约10%。

这些两栖动物有时还会上下摆动尾巴并移动四肢进行水平移动。以这种方式滑翔可能有助于它们将自己导向蕨类垫子以缓冲坠落。

Brown将蝾螈保持身体直立的技巧比作一个人使用桨来控制皮划艇。

“最让我们震惊的是,除非撞到墙壁,否则这些动物实际上从未头朝下或失去控制,”他说。“它们每次都这样,这让我们大开眼界。”

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另一个密切相关的物种,树栖蝾螈,在控制其下降方面也相当熟练。相比之下,另外两个来自同一地区但通常不进入树木的物种,则经常胡乱扑腾,既不改变速度也不改变方向。

Brown表示,下一步是确认漫游蝾螈在野外也能进行这些令人印象深刻的机动。研究人员已开始调查风和其他变量如何影响坠落中的两栖动物,以及它们在空中导航的能力。

漫游蝾螈有几项独特的解剖特征可能支撑其空中能力。与其他爬树蝾螈相比,它们的身体更扁平,脚更大,尾巴更弯曲。Brown和他的团队还在进行计算机模拟,以了解这些适应性如何影响空气在跳跃过程中流过蝾螈身体的方式。

 

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Kate Baggaley

特约撰稿人,科学

Kate Baggaley自2017年以来一直定期为《大众科学》撰稿。她经常报道自然、气候和COVID-19大流行,但也报道了科学的许多其他方面,包括太空、古生物学和健康。她对鸟类、深海生物以及各种美丽的爬行动物情有独钟。


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