昆蟲飛毛腿

張蓓蓓

世界上跑得最快的動(dòng)物是什么？許多人腦海中可能會(huì)閃過獵豹在草原上奔馳的身影，這種動(dòng)物能跑出30米/秒的速度，平均每秒能跑出自身體長(zhǎng)的23倍。但是如果把體型大小考慮進(jìn)來，以動(dòng)物自身的體長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，比相對(duì)移動(dòng)速度，那么一些昆蟲能將獵豹遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在身后。讓我們來見識(shí)一下這些昆蟲飛毛腿。

跑步也要換擋的蟑螂

夜深人靜的時(shí)候，打開廚房的燈，蟑螂像是被突然發(fā)現(xiàn)的小偷，還沒等你動(dòng)手，它就已經(jīng)快速逃離了。蟑螂移動(dòng)速度之快想必很多人都領(lǐng)教過，那它的速度到底有多快呢？

科學(xué)家還真的對(duì)蟑螂的速度做過測(cè)試，他們?yōu)轶胩刂屏艘粭l跑道。當(dāng)蟑螂在上面跑動(dòng)時(shí)，能記錄下腳印的壓力和時(shí)間。此外，他們還用高速攝像機(jī)來測(cè)量蟑螂在設(shè)定距離內(nèi)移動(dòng)所花的時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。結(jié)果顯示，蟑螂的奔跑速度是1.5米/秒，大約每秒移動(dòng)距離為它們體長(zhǎng)的50倍（相當(dāng)于人類以92米/秒的速度奔跑）。這個(gè)速度排到昆蟲飛毛腿榜單的第三名。

蟑螂為什么能跑得那么快呢？德國(guó)科隆大學(xué)的科學(xué)家湯姆·魏曼領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在實(shí)驗(yàn)室對(duì)蟑螂做了一個(gè)“跑步”實(shí)驗(yàn)。他們將蟑螂的翅膀摘除（蟑螂會(huì)飛，摘除翅膀以防蟑螂飛走），之后讓它們站在一條長(zhǎng)50厘米的跑道的起點(diǎn)處，并制造一些條件吸引蟑螂在跑道上跑步前進(jìn)，全程蟑螂都被限制在跑道中。

通過觀察，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，蟑螂從提速到狂奔居然分別用了兩種跑步方式。起初，它們采用交替的三腳架步態(tài)：身體一側(cè)的第一和第三條腿與另一側(cè)的中間的腿同時(shí)著地，之后換成另一側(cè)的第一和第三條腿與這一側(cè)的中間的腿同時(shí)著地，如此循環(huán)。但是當(dāng)速度加快時(shí)，蟑螂就會(huì)改變跑步的步態(tài)：兩側(cè)的第一條腿同時(shí)著地，緊接著兩側(cè)的第二條腿同時(shí)著地，之后是第三條腿。

為什么會(huì)有這樣的變化？這樣的變化又有什么用呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，三腳架步態(tài)在一定速度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定性，使蟑螂能跑得很穩(wěn)當(dāng)。但是如果超過一定速度，蟑螂雖然可以高速跑步，但是因?yàn)槭且詮椞男问角斑M(jìn)，因此會(huì)消耗更多的能量，而兩側(cè)腿對(duì)稱著地的方式不僅穩(wěn)定，并且能使蟑螂的步幅增加，帶來速度的爆發(fā)。

快得要飛起來的螞蟻

位列昆蟲飛毛腿榜單第二名的是撒哈拉銀蟻。相比于其他生活在沙漠里的螞蟻，撒哈拉銀蟻身長(zhǎng)只有8.3毫米左右。雖然長(zhǎng)著小短腿，但是在德國(guó)烏爾姆大學(xué)的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們能以約0.9米/秒的速度在沙漠上狂奔，這相當(dāng)于一秒鐘內(nèi)它們可以跑出自身體長(zhǎng)108倍的距離（相當(dāng)于人類以179米/秒的速度狂奔）。

撒哈拉銀蟻

有趣的是，撒哈拉銀蟻也采用了三腳架步態(tài)，但是它的速度卻比蟑螂更快。這是為什么呢？科學(xué)家們用高速攝像機(jī)記錄了撒哈拉銀蟻移動(dòng)的過程。通過分析，他們發(fā)現(xiàn)撒哈拉銀蟻雖然腿不長(zhǎng)，但是它們的腿擺動(dòng)速度相當(dāng)快，幾乎每秒可以走50步，每次三只腳接觸地面的時(shí)間大約只有7毫秒。正是以這種三腳架式穩(wěn)定的步態(tài)，再加上快速擺動(dòng)腿部，使撒哈拉銀蟻在沙地上跑起來時(shí)就像在飛。

而前面我們已經(jīng)說過，達(dá)到一定速度時(shí)，以三腳架步態(tài)狂奔的昆蟲是以彈跳的方式前進(jìn)的，這是一種非常消耗體力的方式。撒哈拉銀蟻為什么還會(huì)選擇這種方式呢？事實(shí)上，三腳架步態(tài)對(duì)于撒哈拉銀蟻來說是一種非常好的運(yùn)動(dòng)方式。首先，撒哈拉銀蟻腿短，這是一個(gè)劣勢(shì)。如果同樣是在平地上跑，它們肯定比不上其他腿長(zhǎng)的動(dòng)物。但是三腳架步態(tài)中的彈跳行進(jìn)可以增加它們的步幅長(zhǎng)度，從而彌補(bǔ)這一劣勢(shì)。其次，撒哈拉銀蟻生活在沙漠，它們通常在白天出門，而在被太陽炙烤過的沙丘上跳著行走，也是一種很好的避高溫方式。

極速奔馳跑瞎自己的甲蟲

位居昆蟲飛毛腿榜單第一名的是虎甲蟲。虎甲蟲是一大類甲蟲，已知種類超過了2500種。它們以好斗和奔跑速度快而聞名。已知跑得最快的是一種生活在澳大利亞的虎甲蟲，它們能以2.5米/秒的速度奔跑，大約每秒就能跑出自身體長(zhǎng)的125倍距離。（注：虎甲蟲家族中有3種速度比蟑螂和撒哈拉銀蟻快，本文只選取其中最快的一種列入排行榜）。

如果只是通過數(shù)據(jù)我們無法體會(huì)虎甲蟲到底有多快，那么我們可以來看看它們狂奔時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么狀況。美國(guó)康奈爾大學(xué)的昆蟲學(xué)家發(fā)現(xiàn)，虎甲蟲在高速追逐獵物時(shí)，會(huì)時(shí)不時(shí)停下腳步，四處轉(zhuǎn)，之后再追。長(zhǎng)久以來，科學(xué)家一直不知道為什么虎甲蟲會(huì)在獵物即將到手的時(shí)候停下來休息，難道它們也像《龜兔賽跑》中的兔子一樣自負(fù)，自恃速度快，不把獵物放眼里嗎？通過進(jìn)一步研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原來虎甲蟲并不是自負(fù)，而是它們的速度太快，把自己跑瞎了！虎甲蟲的速度太快，使它們的視覺系統(tǒng)無法準(zhǔn)確處理圖像，無法定位獵物的位置，因此它們得停下來，讓自己“緩下神”，再繼續(xù)追擊。

虎甲蟲的神速得益于它們細(xì)長(zhǎng)的腿和極快的步速，它們采用的也是三腳架式步態(tài)。而與蟑螂和撒哈拉銀蟻不同的是，它們還有一個(gè)天生的優(yōu)勢(shì)——腿很長(zhǎng)，再加上它們的長(zhǎng)腿可以靈活、快速地輪換，速度自然也就更快。

當(dāng)然，對(duì)昆蟲運(yùn)動(dòng)模式的研究并不是想看它們?nèi)绾慰癖迹@些研究其實(shí)還能對(duì)一些意想不到的領(lǐng)域有所幫助。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人能在惡劣的環(huán)境下，或者人類無法到達(dá)的地方執(zhí)行各種任務(wù)。而在一些環(huán)境下，比如地面情況復(fù)雜的災(zāi)難救援現(xiàn)場(chǎng)、火星、月球等其他星球上，有腿機(jī)器人可以幫上大忙。在有腿機(jī)器人的研發(fā)中，科學(xué)家通常從昆蟲身上偷師，把這些機(jī)器人設(shè)計(jì)成昆蟲的模樣或者模仿它們的運(yùn)動(dòng)模式。2019年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的研究人員就從蟑螂身上獲得靈感，設(shè)計(jì)了一款微型機(jī)器人，其速度也與蟑螂相當(dāng)，算得上機(jī)器人中最快的了。

拓展閱讀

陸地上跑得最快的動(dòng)物

許多昆蟲都是跑步的好手，但是論相對(duì)速度，所有被認(rèn)為跑得快的動(dòng)物與一種比芝麻還小的小蟲子比起來，都遜色太多，那就是南加州海岸螨蟲。

如此小的蟲子很難引起人們的注意，但是為了研究動(dòng)物高速移動(dòng)的機(jī)制，一個(gè)來自美國(guó)加州大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)選中了南加州海岸螨蟲作為研究對(duì)象，記錄到這些螨蟲能以每秒322個(gè)自身體長(zhǎng)的速度移動(dòng)，這個(gè)速度相當(dāng)于一個(gè)人以581米/秒的速度風(fēng)馳電掣。更有趣的是，這種小蟲子居然能像個(gè)技術(shù)高超的賽車手一樣，可以急停，還能在急速運(yùn)動(dòng)時(shí)改變方向。

雖然動(dòng)物體型越小，相對(duì)速度和步幅頻率也會(huì)增加，但是從理論上來說，肌肉的生理效應(yīng)應(yīng)該會(huì)限制腿的移動(dòng)速度，也就是說動(dòng)物腿的移動(dòng)速度應(yīng)該是有上限的。不過從對(duì)南加州海岸螨蟲的研究來看，它們的腿移動(dòng)速度似乎沒有上限，它們可能還可以更快。