大自然最令人印象深刻的球员之一：春天的尾巴

很少有人注意到的自然界奇观之一：移动的半水生跳尾。

全世界有大约 9,000 种已知的跳蚤——小型跳蚤状无脊椎动物。 许多生活在黑暗潮湿的栖息地，但它们遍布七大洲； 有些甚至在雪地上迁移。 节肢动物通过将它们的身体抛向空中来漫游地球，有时每秒旋转 500 次，就像马戏团的表演者从独立的大炮上射击一样。 缅因州大学生物力学研究员维克多·奥尔特加·希门尼斯 (Victor Ortega Jimenez) 说，看看吊床表演，祝你好运——大多数弹簧尾巴“像一粒沙子一样小”。

现在，由 Ortega Jimenez 博士及其同事在 文章 周一发表在《美国国家科学院院刊》上，它揭示了几乎灵活的几乎没有物理控制的元素。 视觉效果有助于详细解释尾弹簧如何在空中跳跃并几乎每次着陆时都站起来。

Ortega Jiménez 博士说，脉动尾巴的优势很大程度上来自于它们最独特和最神秘的特征，即从它们的胃中伸出的一根管子。 该管以不同的方式与动物周围的力相互作用：阻力、表面张力、重力。 “他们正在利用水和空气，”奥尔特加·希门尼斯博士说。

脉动的尾巴不是昆虫，尽管由于它的六条腿、分段的身体和触角，它长期以来一直被归类为昆虫。 由于它们的嘴已经缩回脑内，它们现在构成了不同分类类别的大部分：entognatha。

在分类学上，弹尾被称为 Collembola，这是 19 世纪和 20 世纪初的英语多语种 John Lubbock 给它的名称。 这个词来自希腊语，意思是“胶水”和“钉子”。 拉伯克根据他在他们背上转动弹簧并将一块玻璃飞过他们的腹部后观察到的行为选择了这个名字。 这些动物会用它们的腿到达贝壳，同时从它们的边缘排出液体并将其推向表面。 这位提问者，拉伯克 写的“毫无疑问，它提供了更好的机会。”

其他学者后来对色团功能的这种解释提出了异议。 在 20 世纪，最广为接受的对 colophores 的功能解释 – 泉尾的唯一吸引水的部分 – 是 一种吸收营养的方法. 在 21 世纪提出了其他用途：它可以 自清洁工具 或一种方法 画出弹簧尾跃.

Ortega Jimenez 博士的研究重点是动物如何移动，当他看到它们在溪流附近跳跃时，他对尾泉产生了兴趣。 而人们认为动物只能将自己定位在一个方向上，然后 在空中疯狂地翻转当节肢动物从河岸跳入水中并返回时，奥尔特加·希门尼斯博士注意到它们似乎已经准确地降落在它们开始的地方。 这样做需要在整个跳跃过程中进行某种控制。

回到实验室，Ortega Jimenez 博士开始拍摄 Springtails 在飞行中，并设计了一个小型风洞来观察动物如何应对不同的天气条件。 他发现在跳跃的各个部分都涉及到弹簧尾色团。

在起飞过程中，当泉水的尾巴从水中撞到一条尾巴状的裂缝时，这些毛虫会捡起一滴水。 当动物在空中旋转时，它们会将身体弯曲成 U 形，这会减慢它们的旋转速度，最终让它们像小超级英雄一样在空中直线飞行。

当在风洞中倒置时，外壳上带有水滴的尾泉能够在不到 20 毫秒的时间内自行翻转，比以前记录的任何动物都快。 胸部出来了，脉动的尾巴下降了，水色赋予了它更坚固的底部和粘在表面的粘性。

“他们在跳伞，他们正在用脚着地，”奥尔特加·希门尼斯博士说。

研究人员使用数学模型发现，外壳上有水滴的尾泉在降落时的波动比干泉的尾巴要小得多。 他们可以在一半的时间内站起来。 佐治亚理工学院的生物力学研究员萨阿德·巴赫拉 (Saad Bahla) 也参与了这项研究，他说，虽然色素细胞可能还有其他功能，但它在跳跃中的作用——在起飞、飞行和着陆期间——似乎至关重要。 “对我来说，这就是这里很酷的功能，”他说。

Bhamla 博士帮助引入了机器人技术，他设计了一种基于弹簧的尾部机器人，可以在 75% 的时间里在空中纠正自己并用脚着地。 他说这种类型的控制在机器人技术中没有得到很好的研究，机器人通常专注于起飞。 制造一台可以持续站立的机器意味着制造一台可以更快准备好跳跃的机器。 因为如果他们能控制跳跃，他们就可以一遍又一遍地做，”巴姆拉博士说。 “这更有趣。”

Ortega Jimenez 博士说，这也可以为弹簧尾跳提供进化解释。 虽然此时有很多猜测并且“这些跳跃野兽的进化是一个谜”，但跳跃后的快速恢复使跳跃者能够更好地逃离捕食者。 “准备对于生存至关重要，”Ortega Jimenez 博士说。

研究人员惊讶地发现在这些小动物身上有如此多的控制力。 但小尺度上的动态往往是反直觉的，甚至基本特征也很容易被忽视。 胃里的一点水可以改变一切。

“设计明智，它非常简单，”Bhamla 博士说。 “他就像，’为什么我没有想到这个？’” “