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蜥蜴與人類有一些共同的生物特性

生活 更新时间:2025-02-05 17:37:38

産于坦桑尼亞、盧旺達和肯尼亞的姆萬紮平頭鬣蜥雄性在繁殖季節頭部、頸部和上身呈鮮紅色,下身呈深藍色,看上去與蜘蛛俠的服裝顔色驚人相似。

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在現存的爬行動物中,蜥蜴是最繁盛的科,全世界約有3000種,我國已知的有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化出了自己豐富多彩的野外生存技能:壁虎喜歡在牆壁上四處遊走,樹蜥蜴可以爬在樹幹上,飛蜥蜴靠着前後肢之間發達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、石龍子等擅長在地上飛行,而斑冠鬣蜥甚至可以在水面上自由“行走”

獨門絕技

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蜥蜴是動物和食肉動物的獵物。因此,他們進化出了許多奇特的攻擊和防禦能力,甚至一些令人困惑的獨特技能。在進攻方面,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”,而是瞄準生活在樹枝上的鳥類,因為它們舌頭末端的吸盤很強大,這樣它們就能捕捉到更大的獵物。

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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4米多,是當今世界上最大的蜥蜴,可以捕食豬、鹿和水牛等大型動物。據說在它生命的早期(一萬多年前的更新世),它甚至可以吃當時的矮象。

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在防禦方面,除了已知的“斷尾自救”外,多種防禦武器也演變成了“尖端”防禦武器。例如,澳大利亞蜥蜴的脖子上有一個冠層狀的項圈,由舌骨支撐四周。它的顔色很鮮豔。遇襲瞬間打開,能吓跑敵人。

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馬達加斯加島上“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。它的僞裝技術非常巧妙,幾乎是真假難辨。

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鳄蜥蜴是我國廣西的特産,它栖息的樹枝被觸碰後,會立刻翻身躲在水坑裡。潛水時間可達20分鐘。因此,它有一個俗稱叫“潛水蜥蜴”。

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北美肥胖的短角蜥蜴有一種可怕的秘密武器,受到攻擊時能從眼睛中噴出有毒的血液,射程可達1米。

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在巴哈馬,科學家們引進了一種大型食肉蜥蜴,僅僅6個月以後,島上原産的棕色變色蜥蜴的腿紛紛變長,以便能逃到樹枝上躲避“殺身之禍”。

有趣的是,再過六個月,它們的腿變短了,因為它們更适應在小樹枝上移動。在短短的一年時間裡,這個物種已經快速進化了兩次,令人驚歎不已!

因此,蜥蜴引起了越來越多生物學家和生态學家的關注和研究,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專家探索和模仿的對象。

斷尾再生

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蜥蜴在被敵人攻擊時會自斷尾巴,尾巴會不斷跳動,引起捕食者的注意,所以它可以趁機逃跑,它的尾巴在生存後可以再生。這是因為尾椎有一個光滑的關節面,連接着尾椎的前半部和後半部。這裡的肌肉、皮膚和鱗片又薄又松。因此,當尾巴受到攻擊時,身體劇烈擺動,尾部肌肉強烈收縮,就可能在關節面折斷尾椎骨。因為尾巴并不是簡單地以脂肪的形式儲存能量,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和肌肉保持一定的功能,在地面上不斷振動,從而起到轉移捕食者視線的作用。

斷尾後,自傷面上的傷口很快就會愈合,形成尾芽基。經過一段時間的細胞分裂和生長,進入鱗片形成的分化階段,最後會生長出一條比原尾短而粗的全新再生尾巴。

為什麼蜥蜴的尾巴能再生?原來,生物體的細胞分化後,形成不同的器官,具有不同的特殊功能,成為隻能做好某項工作的“專才”;而許多未分化的細胞則是“多面手”,可以根據身體的需要改變自己的“特長”。當蜥蜴的尾巴受傷時,“多面手”細胞移動到受傷區域,共同創造一條新的尾巴。

動物的再生能力一直是仿生學研究的重點。

防沙耐磨

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對于生活在沙漠中的蜥蜴來說,體表的鱗片可以保護身體,防止水分流失。其鱗片覆蓋的體表通常是由單個鱗片的材質和形狀、鱗片的排列和皮膚的多層結構組成的複合系統。

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換而來。皮膚的多層結構由外角皮質、由角質層構成的硬殼支撐物和填充在硬殼中的軟結締組織組成。在體表受力時,複合材料結構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,特别是具有優異的抗氣固兩相流沖刷能力。因此,形态與結構的耦合使沙漠蜥蜴體表具有優良的抗風沙侵蝕和耐磨性。

這種生物“耦合現象”耦合現象也是工業仿生學研究的重點。例如,在水泥生産中,水泥粉磨系統是水泥生産的重要核心部件,其磨損和脫落是制約水泥生産的一大技術難題。通過模拟沙漠蜥蜴體表形成剛柔耦合的多層耐磨結構,為磨輥的制備開辟了一條新的途徑。通過形狀、結構和材料的合理耦合,科學家們成功開發出多耦合仿生磨輥的生産新工藝,提高了水泥粉磨系統核心部件的耐磨性。

飛檐走壁

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壁虎可以在光滑的鏡面牆壁或天花闆上自由活動,甚至可以用一隻腳倒挂在天花闆上。它可以很容易地連接和剝離,而不留下任何痕迹的表面已被爬行。這種“飛檐走壁”往往令人費解。

壁虎漫步不是在吸盤上,而是在每隻腳下的兩百萬根細毛上。絨毛的每根都有幾十微米厚,頂部被分成數十萬個更細、彎曲的絨毛,直徑隻有幾百納米。樁端延伸成扁平狀,形成微小的“刮闆”,附着力強。這些數十億的刮刀看起來就像長在絨毛頂部的花椰菜,為壁虎提供了大面積的附着在牆上的空間,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産生的範德華力累積而成。範德華力是由相互非常接近的中性分子産生的弱靜電力。此外,這種附着力是可逆的,很容易被“剝離”破壞,就好像膠帶被撕掉一樣。

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受壁虎的啟發,科學家們發明了一種具有防水功能的強力醫用繃帶,可廣泛用于外科手術和傷口修複。他們利用計算機技術模拟壁虎腳的腳底結構,在繃帶表面“刻”出許多極小的溝壑,大大增強了繃帶的附着力,可以貼近人體組織。此外,繃帶由生物聚合物制成,即使留在體内也能自動生物降解。

科學家們還開發了一種叫做壁虎皮的超級粘合材料,這種材料具有高效、可逆和幹粘合的特點。這種仿生材料可以廣泛應用于我們的生活中,如制作足球和闆球守門員使用的超粘性手套,以及更堅固的地鞋和攀岩設備,制作雨雪天氣不再打滑的汽車輪胎,貼上電視機,電腦顯示器和其他電子産品可以随意貼在牆上,并根據需要分開。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牆上真正發揮自己的特技。

壁虎機器人是仿生學領域的一個研究熱點。例如,有科學家模仿壁虎腳下皮毛的結構,用一種隻有20微米寬、類似橡膠的微模具制造出一種聚合物微絲,并制成膠粘塗層。它們被包裹在為壁虎機器人特制的四隻腳上,大大提高了負載。每隻腳都有一隻小手,在牆上攀爬時很穩定,可以像壁虎一樣輕松地把每隻腳粘住或擡起,在豎直的木闆、彩繪的金屬和玻璃上自由行走。

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這項技術可以廣泛應用于消防、刑偵、建築等領域,例如可以用來制造能夠爬陡壁、穿越任何地形的搜救機器人;可以研制出用于太空探索的爬壁機器人,它可以在任何惡劣條件下在航天器外表面行走,為飛行器進行“體檢”。

林間滑翔

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飛蜥蜴俗稱“飛龍”,生活在中國南方、南亞和東南亞。這種飛行蜥蜴的翅膀從身體兩側的皮膚伸出,由五根伸出的肋骨支撐。它的肋骨是可移動的,可以從身體兩側延伸,而且延伸得很長。皮膚被這些肋骨拉着,就像扇子一樣。當飛蜥蜴在樹枝上奔跑時,它的肋骨是閉合的,但是當它要去另一棵樹時,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,它問世後幾年便風靡全球。降落傘服不僅保證了運動員自由落體時的安全,而且延長了在空中停留的時間,讓人們體驗飛行的意境,也可以自己掌握着地時間。因此,降落傘也是傘兵們非常喜愛的新裝備。

踏浪行走

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除了水黾、釣魚蜘蛛等小動物外,大多數動物由于身體太重或速度太慢而不能在水上行走。所以當人們看到斑點鬣蜥在水面上“馳騁”時,它所擁有的特殊能力令人驚歎,并且在相當長的時間裡始終不得其解,甚至認為這是蜥蜴的“超級能力”。因此,它也被稱為“超人蜥蜴”。

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斑冠鬣蜥用四條腿在陸地上奔跑,而在水上,隻有兩隻後腳用來交替奔跑。速度可達每秒1.5米。它可以在水面上連續跑約4.5米,然後前肢沉入水中,成為遊泳姿勢。斑點鬣蜥水上行走技術的秘密在哪裡?首先,斑冠鬣蜥不僅有強壯的後腿和大腳,還有和腳趾上的“胡須”一樣的毛邊。在陸地上行走時,胡須是閉合的;在水上飛行時,胡須是張開的,增加了腳與水的接觸面積,這樣它們就不會在水上傾斜或翻倒。

在高速攝影機中,斑冠鬣蜥可以分為三個部分:拍手、戰鬥和複原。在撞擊水面時,它的腳主要是垂直移動;拍打時,它的腳主要是向後移動;在複原過程中,它的腳會擡離水面,為下一步開始動作做準備。當它的腳踏入水中時,淹沒的腿會産生一個支撐身體的氣室,并通過腳趾的擴張進一步擴張氣室,有利于腿向上擡起。在洞消失之前,它必須很快地把腳趾提離水面。所以,這有點像我們騎自行車,如果我們不踩踏闆,它就會慢慢停下來,車上的人就會翻車。

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因此,科學家們跟随斑點鬣蜥研制出一種可以在陸地和水中行走的兩栖機器人。機器人長約0.3米。整個車身由碳纖維和塑料制成。采用兩對相同的四杆機構,相移180度,由輕型大功率電機驅動。它可以模拟蜥蜴腿的踏水運動。如果配備生化傳感器,這種兩栖機器人可以用來監測水質;如果攜帶攝像頭,則可以參與搜救工作。

登陸火星

現代人的生活離不開各種各樣的交通工具。然而,車輪非常适合在平坦的道路上行駛。當地面由松散的沙子或大塊岩石組成時,普通車輛不能移動。因此,科學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、從左到右交替擺動身體,在沙丘間蜿蜒而行;美國的刺趾蜥蜴隻會用它強壯的後腿着陸和旋轉,速度和風車一樣快,張開它剛毛的腳趾推動沙子跑得更快。對于地形較為複雜的蜥蜴來說,它通常四肢着地在細砂或礫石上爬行,必要時隻能用兩條腿跑。

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基于這種蜥蜴對各種困難和複雜環境的适應能力,科學家開發出一種C形腳的六條腿機器人。

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它的附屬物非常适合在堅硬物質較少的粗糙和柔軟表面行走。該機器人長12.7厘米,重136克,非常适合執行搜救任務。未來,它還可能被選為火星探測器。它将由火箭發射到火星表面,在火星的丘陵或沙地上跳躍,進行環境調查和科學考察。

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