沙鱼 蜥蜴 似乎能在沙子中像鱼一样“游泳”,但这种动物究竟是如何做到的,长期以来一直让生物物理学家感到困惑。现在,一项发表在《科学》杂志上的研究表明,这种四足动物确实像在水中一样在沙子中游泳,它们收起腿,通过身体的起伏来移动。为了研究蜥蜴的运动,研究人员不得不向地下窥探。他们使用了 X 射线成像,并发现一旦蜥蜴,也就是石龙子,潜入沙子之下,它就不会划水。
“一旦动物从地表进入,它们会在半秒内潜入沙子。一旦进入地表之下,它们就不再用四肢来推进——相反,它们就像蛇一样,通过身体传播波动来前进,”研究负责人 Daniel Goldman [LiveScience] 说。这种运动令人惊讶,因为之前的磁共振成像研究似乎表明蜥蜴是用腿把自己推过去的。
为了理解沙鱼的“游泳”物理学,
研究小组测量了一个与石龙子大小相似的不锈钢杆在穿过沙子时的推力和阻力。这些数据被用来预测石龙子运动的“波效率”——它在沙子中的速度与身体传播波的速度之比 [PhysicsWorld]。蜥蜴起伏的频率决定了游泳速度;通常,动物每秒起伏两到四次。
有趣的是,速度不受沙子紧实程度的影响,尽管紧实的沙子需要更大的力才能穿过。研究人员认为这是因为在紧实的沙子中,推力和阻力都会增加,因此这两者的比率与在更松散的沙子中没有区别 [《纽约时报》]。
这就是沙子和水不同之处:水的阻力随物体速度的增加而增加,而在沙子中,阻力保持不变,无论移动物体的速度如何。研究人员希望接下来研究蜥蜴在游泳时消耗多少能量,他们说这些结果可能有助于开发可以在沙子等颗粒材料下方游泳的机器人。“如果你想找到埋在松散材料(如瓦砾、碎石或沙子)中的一些不好的东西,你需要一种既能在地表爬行,又能潜入地表下游泳的设备,”Goldman 说。
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