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生于忧患,死于安乐。那些先天不足或者是弱小的动物,在残酷的弱肉强食、充满竞争的动物世界中,不断进化,改变生活习性,扬长避短,最终使得物种得以生存和延续。
不喜欢爬坡的大象
下次,在马戏团看到大象爬坡,一定要记得拼命鼓掌。科学家认为,大象完全能够爬越相当陡峭的高山地势。公元前200年,迦太基统帅汉尼拔就曾率领一支大象军团穿越阿尔卑斯山。牛津大学的研究小组在30头大象身上安装了卫星信号发射器,运用全球定位系统追踪象群长达9年之久,足迹横越北部肯尼亚。研究的结果却表明,大象会尽量避开孤立突起的小山,即使山上有充足的食物。相反,大象更热衷于平地,这就是研究者所谓的“陆地走廊”。大象为何会对高地敬而远之呢?作为大型哺乳动物,大象有相当高的基础代谢率,即使是中等程度的运动,也将耗去它相当多的热量。研究发现,大象每登高1米,所消耗的热量是在平地行走时的25倍,它们必须多花1个小时去进食才能登高200米。
晚上拼命加餐的蝌蚪
对小小蝌蚪来说,生存可概括为两大基本任务:吃和避免被吃。所以,它必须在两者之间权衡利弊:吃得越多,就能越快变成青蛙。但捕食需要游来游去,这同时增加了成为天敌盘中餐的机会。研究发现,动物体内有一种节律之类的内因会调整弱者的逃生反应。蝌蚪主要是通过感知天敌释放到水中的化学物质,来间接估算自己受到多大的威胁。蝌蚪对危险信息的典型反应是游到水底,找个避难所躲起来静止不动。科学家将蝌蚪放进一个含有蜻蜓幼虫化学信息的池子里,白天一次,夜晚一次,每次让它在里面呆1小时,然后记录下它在池内和池外的游动摄食活力。无论昼夜,蝌蚪对化学信息的反应是相似的,都是迅速下潜,但当夜晚离开池子之后,吃东西的速度却比白天更快了。这种结果的解释是,蝌蚪白天对敌人化学信息的反应行动变得更为谨慎,因为高危状态还没有过去,不管怎样都要尽量少捕食。那意味着,估计有危险接近时,蝌蚪会自觉降低自身的成长速度。夜晚用来从事大部分捕食活动,它们在这段时期会加快生长速度。
水中神枪手射水鱼
射水鱼是非凡的捕食者,依靠其“自信”的喷射,射水鱼的捕猎范围从飞虫到小蜥蜴等。由于水面存在光的折射,所以直接喷射是打不中猎物的,射水鱼的非凡本领就在于能精准地计算光线折射角度,从而精确地击中目标。目前,德国大学的研究小组用高速摄像机还证明了射水鱼能在每次射水间隔中,精确调整下一次喷射的角度与力度。实验表明:无论猎物多大,射水鱼的每一次喷射,都会使出10倍干足以将其击落所需的力量。由于猎物质量越大,越难击落,因此与苍蝇相比,射到小蜥蜴身上的水就要多得多。射水鱼力求每次喷射都取回猎物,为保险起见,每次攻击不得不消耗更多的体力,所以需要根据猎物大小改变其用力大小。进一步研究表明,这是它天生的本领,不受实验环境的影响——实验场的猎物往往比自然界的要大,且不易射落。
反重力的鸟嘴
野生动物学家很早就注意到一些海鸟不同寻常的进食方式:用喙在水面上不断搅动,造成一个漩涡把水下的甲壳类带到水面,就好像是茶杯里卷动的茶叶一样。然后在水面上啄食,每一下都会带起毫米大小的水滴,其中包含着大量被掠食的微小生物。既然在此过程中,鸟类必须把喙朝向下,则必须克服重力才能把食物从长喙的尖端送到嘴里。
有人想到鸟类是利用了水滴的表面张力来克服重力,但它们是怎么做到的呢?有人观察到一个很关键的现象,即在进食时,它们会持续地像镊子一样不停开合长喙。
为了解开这一疑惑,麻省理工学院的研究小组建立了一个模拟鸟喙的力学模型,由此可以放慢进食过程来进行研究。这些鸟类的长喙从几何学上看,符合“接触角滞后”产生的构造条件,这种效应会阻碍液滴在固体表面运动,例如,使雨滴停在窗户玻璃上。而经过模型的推导,鸟喙却成为了第一个被发现能帮助液滴运动而不是阻碍的例子。鸟喙闭合时,液滴近端向口中运动,而远端则停滞不动;鸟喙张开时,近端则停止,远端开始向口中移动,如此反复。这阶梯式的运动能使鸟喙中的液滴达到每秒1米的运动速度。这一被称为“毛细棘齿”的现象来自于喙部的结构:长,而且狭窄。
研究指出,作用的产生对鸟喙开合的角度要求极为精确,这些角度哪怕只改变几度,也会极大地影响水滴运动的速度。同样还依赖于鸟喙的“可湿性”:用于表示液体汇聚成滴或分散开来的倾向的指标。油类的“浸润度”比水大得多,也就意味着油很难聚成油滴,那么当鸟喙沽上油后,这一作用就失效了。所以,包括北美西部常见的矶鹞在内的20种依靠此原理进食的鸟类,会对任何污染水质的液体极度敏感,尤其是清洁剂和原油。
大忽悠招潮蟹
雄性招潮蟹的大螯力度是战斗中的制胜因素,如果大螯在战斗中折损,很快就能重生。耐人寻味的是,再生螯力量远不及原生螯,却拥有更大体积,是一件十足的“摆设”。
日前,澳大利亚大学带领的研究小组为了找到其中原因,收集招潮蟹,识别哪些是拥有完好的蟹钳,哪些是新生的替代品,测量并记录下各自在领地争夺战中表现出的钳力和拉力。因战斗失败而折损大螯的蟹不得不离开自己的洞穴,研究人员把无家可归的这部分重新放回其原先的洞穴,观察里面的其他伙伴如何做出反应。
结果表明,当“失败者”的新螯重生后,它们又会去侵略其他招潮蟹,还专挑螯比较小的蟹下手,拼命挥舞硕大无力的螫来虚张声势。而对方见侵略者拥有无比硕大的螯时,便会知趣地主动让出洞穴。同样,保卫自己洞穴的招潮蟹,也会用这招吓走拥有原生螯的侵略者。
下颚蚊十八般武艺俱全
一种热带蚂蚁下颚蚁在动物王国里拥有最快的攻击速度,甚至超过以突袭闻名的变色龙。经研究发现,它们能以233千米/小时的速度快速闭合其双颚,这不仅用以捕获猎物,而且能使自身获得巨大的推进力,快速移动到安全的地方。就基础工程学而言,蚂蚁已经解决了微观比例下运用简单结构制造巨大动力的世界难题。
这些蚂蚁之所以拥有能产生如此惊人力量和加速度的下颚,都是因为这种下颚要用来担负双重性能——在进化过程中,下颚蚁的头角有一个微妙的变化,该结构用来捕获猎物、驱逐入侵者,或者逃出诸如蜘蛛、青蛙和蜥蜴等掠食者的魔掌。它们有一种“巨人防御”本领,即用头角顶起入侵者,然后用下颚猛击,这样可以把对方抛出20厘米远。如果入侵者比蚂蚁大得多,它们会试探对方,然后向后猛冲40厘米,死里逃生。另一种防御措施叫做“飞身逃脱”,蚂蚁头部向下抵住地面,突然闭合双颚,如此产生的力可以让自己飞离地面8.3厘米。
憋气大王欧洲鲫鱼
如果认为人类是水下憋气冠军,那你就大错特错了。挪威奥斯陆大学在英国实验生物学协会年会上宣布,金鱼科中的一种欧洲鲫鱼是最强的憋气高手,即使在没有氧气的情况下,仍可以好好地活上几个月。与缺氧症有关的疾病是造成工业化社会人类死亡的主要原因,医学界对此进行了几十年研究却收效甚微。殊不知,自然进化早在数百万年前就已经把问题解决了。
这种淡水鱼通常生活在亚洲和欧洲的湖河中。它们可以改变鱼腮结构来提高对氧气的吸收,以便在严重缺氧时保住性命。不仅如此,欧洲鲫鱼血液中负责运输氧气的红细胞血色素也可以附着大量的氧气,这一本领比其他任何脊椎动物都强。了解动物如何应对缺氧症,可以帮助科学家们解决人类遇到的类似问题。
不喝海水的海蛇
海蛇是毒蛇家族的一员,长久以来,人们一直认为它们依靠盐腺摄用海水。最新一则发现对此提出了异议。
美国佛罗里达大学的研究小组对在台湾附近海域捕获的3种巨环海蛇,让它们远离淡水长达两周。研究人员先称了蛇的质量,把它们放在盛有咸水的水槽中达20小时后,又称了其质量。结果它们体重并没有明显地增加,在实验的后期阶段还呈现出脱水状态,这表明海蛇尽管口渴也不会饮用海水。但当它们被放在盛有淡水的水槽中,马上就开始痛饮起来。
研究还观察到,海蛇在淡水地区分布的数量比海洋区域多得多。海蛇在海洋中生活,从珊瑚岛礁中寻找淡水资源,并在降雨期间和雨后饮用淡水,这就能解释为何海蛇在受到暗礁保护的礁湖附近数量密集。海蛇盐腺的作用并非过滤海水中的盐分,而可能是保持电解质平衡,即去除血液中过多的盐分。
不喜欢爬坡的大象
下次,在马戏团看到大象爬坡,一定要记得拼命鼓掌。科学家认为,大象完全能够爬越相当陡峭的高山地势。公元前200年,迦太基统帅汉尼拔就曾率领一支大象军团穿越阿尔卑斯山。牛津大学的研究小组在30头大象身上安装了卫星信号发射器,运用全球定位系统追踪象群长达9年之久,足迹横越北部肯尼亚。研究的结果却表明,大象会尽量避开孤立突起的小山,即使山上有充足的食物。相反,大象更热衷于平地,这就是研究者所谓的“陆地走廊”。大象为何会对高地敬而远之呢?作为大型哺乳动物,大象有相当高的基础代谢率,即使是中等程度的运动,也将耗去它相当多的热量。研究发现,大象每登高1米,所消耗的热量是在平地行走时的25倍,它们必须多花1个小时去进食才能登高200米。
晚上拼命加餐的蝌蚪
对小小蝌蚪来说,生存可概括为两大基本任务:吃和避免被吃。所以,它必须在两者之间权衡利弊:吃得越多,就能越快变成青蛙。但捕食需要游来游去,这同时增加了成为天敌盘中餐的机会。研究发现,动物体内有一种节律之类的内因会调整弱者的逃生反应。蝌蚪主要是通过感知天敌释放到水中的化学物质,来间接估算自己受到多大的威胁。蝌蚪对危险信息的典型反应是游到水底,找个避难所躲起来静止不动。科学家将蝌蚪放进一个含有蜻蜓幼虫化学信息的池子里,白天一次,夜晚一次,每次让它在里面呆1小时,然后记录下它在池内和池外的游动摄食活力。无论昼夜,蝌蚪对化学信息的反应是相似的,都是迅速下潜,但当夜晚离开池子之后,吃东西的速度却比白天更快了。这种结果的解释是,蝌蚪白天对敌人化学信息的反应行动变得更为谨慎,因为高危状态还没有过去,不管怎样都要尽量少捕食。那意味着,估计有危险接近时,蝌蚪会自觉降低自身的成长速度。夜晚用来从事大部分捕食活动,它们在这段时期会加快生长速度。
水中神枪手射水鱼
射水鱼是非凡的捕食者,依靠其“自信”的喷射,射水鱼的捕猎范围从飞虫到小蜥蜴等。由于水面存在光的折射,所以直接喷射是打不中猎物的,射水鱼的非凡本领就在于能精准地计算光线折射角度,从而精确地击中目标。目前,德国大学的研究小组用高速摄像机还证明了射水鱼能在每次射水间隔中,精确调整下一次喷射的角度与力度。实验表明:无论猎物多大,射水鱼的每一次喷射,都会使出10倍干足以将其击落所需的力量。由于猎物质量越大,越难击落,因此与苍蝇相比,射到小蜥蜴身上的水就要多得多。射水鱼力求每次喷射都取回猎物,为保险起见,每次攻击不得不消耗更多的体力,所以需要根据猎物大小改变其用力大小。进一步研究表明,这是它天生的本领,不受实验环境的影响——实验场的猎物往往比自然界的要大,且不易射落。
反重力的鸟嘴
野生动物学家很早就注意到一些海鸟不同寻常的进食方式:用喙在水面上不断搅动,造成一个漩涡把水下的甲壳类带到水面,就好像是茶杯里卷动的茶叶一样。然后在水面上啄食,每一下都会带起毫米大小的水滴,其中包含着大量被掠食的微小生物。既然在此过程中,鸟类必须把喙朝向下,则必须克服重力才能把食物从长喙的尖端送到嘴里。
有人想到鸟类是利用了水滴的表面张力来克服重力,但它们是怎么做到的呢?有人观察到一个很关键的现象,即在进食时,它们会持续地像镊子一样不停开合长喙。
为了解开这一疑惑,麻省理工学院的研究小组建立了一个模拟鸟喙的力学模型,由此可以放慢进食过程来进行研究。这些鸟类的长喙从几何学上看,符合“接触角滞后”产生的构造条件,这种效应会阻碍液滴在固体表面运动,例如,使雨滴停在窗户玻璃上。而经过模型的推导,鸟喙却成为了第一个被发现能帮助液滴运动而不是阻碍的例子。鸟喙闭合时,液滴近端向口中运动,而远端则停滞不动;鸟喙张开时,近端则停止,远端开始向口中移动,如此反复。这阶梯式的运动能使鸟喙中的液滴达到每秒1米的运动速度。这一被称为“毛细棘齿”的现象来自于喙部的结构:长,而且狭窄。
研究指出,作用的产生对鸟喙开合的角度要求极为精确,这些角度哪怕只改变几度,也会极大地影响水滴运动的速度。同样还依赖于鸟喙的“可湿性”:用于表示液体汇聚成滴或分散开来的倾向的指标。油类的“浸润度”比水大得多,也就意味着油很难聚成油滴,那么当鸟喙沽上油后,这一作用就失效了。所以,包括北美西部常见的矶鹞在内的20种依靠此原理进食的鸟类,会对任何污染水质的液体极度敏感,尤其是清洁剂和原油。
大忽悠招潮蟹
雄性招潮蟹的大螯力度是战斗中的制胜因素,如果大螯在战斗中折损,很快就能重生。耐人寻味的是,再生螯力量远不及原生螯,却拥有更大体积,是一件十足的“摆设”。
日前,澳大利亚大学带领的研究小组为了找到其中原因,收集招潮蟹,识别哪些是拥有完好的蟹钳,哪些是新生的替代品,测量并记录下各自在领地争夺战中表现出的钳力和拉力。因战斗失败而折损大螯的蟹不得不离开自己的洞穴,研究人员把无家可归的这部分重新放回其原先的洞穴,观察里面的其他伙伴如何做出反应。
结果表明,当“失败者”的新螯重生后,它们又会去侵略其他招潮蟹,还专挑螯比较小的蟹下手,拼命挥舞硕大无力的螫来虚张声势。而对方见侵略者拥有无比硕大的螯时,便会知趣地主动让出洞穴。同样,保卫自己洞穴的招潮蟹,也会用这招吓走拥有原生螯的侵略者。
下颚蚊十八般武艺俱全
一种热带蚂蚁下颚蚁在动物王国里拥有最快的攻击速度,甚至超过以突袭闻名的变色龙。经研究发现,它们能以233千米/小时的速度快速闭合其双颚,这不仅用以捕获猎物,而且能使自身获得巨大的推进力,快速移动到安全的地方。就基础工程学而言,蚂蚁已经解决了微观比例下运用简单结构制造巨大动力的世界难题。
这些蚂蚁之所以拥有能产生如此惊人力量和加速度的下颚,都是因为这种下颚要用来担负双重性能——在进化过程中,下颚蚁的头角有一个微妙的变化,该结构用来捕获猎物、驱逐入侵者,或者逃出诸如蜘蛛、青蛙和蜥蜴等掠食者的魔掌。它们有一种“巨人防御”本领,即用头角顶起入侵者,然后用下颚猛击,这样可以把对方抛出20厘米远。如果入侵者比蚂蚁大得多,它们会试探对方,然后向后猛冲40厘米,死里逃生。另一种防御措施叫做“飞身逃脱”,蚂蚁头部向下抵住地面,突然闭合双颚,如此产生的力可以让自己飞离地面8.3厘米。
憋气大王欧洲鲫鱼
如果认为人类是水下憋气冠军,那你就大错特错了。挪威奥斯陆大学在英国实验生物学协会年会上宣布,金鱼科中的一种欧洲鲫鱼是最强的憋气高手,即使在没有氧气的情况下,仍可以好好地活上几个月。与缺氧症有关的疾病是造成工业化社会人类死亡的主要原因,医学界对此进行了几十年研究却收效甚微。殊不知,自然进化早在数百万年前就已经把问题解决了。
这种淡水鱼通常生活在亚洲和欧洲的湖河中。它们可以改变鱼腮结构来提高对氧气的吸收,以便在严重缺氧时保住性命。不仅如此,欧洲鲫鱼血液中负责运输氧气的红细胞血色素也可以附着大量的氧气,这一本领比其他任何脊椎动物都强。了解动物如何应对缺氧症,可以帮助科学家们解决人类遇到的类似问题。
不喝海水的海蛇
海蛇是毒蛇家族的一员,长久以来,人们一直认为它们依靠盐腺摄用海水。最新一则发现对此提出了异议。
美国佛罗里达大学的研究小组对在台湾附近海域捕获的3种巨环海蛇,让它们远离淡水长达两周。研究人员先称了蛇的质量,把它们放在盛有咸水的水槽中达20小时后,又称了其质量。结果它们体重并没有明显地增加,在实验的后期阶段还呈现出脱水状态,这表明海蛇尽管口渴也不会饮用海水。但当它们被放在盛有淡水的水槽中,马上就开始痛饮起来。
研究还观察到,海蛇在淡水地区分布的数量比海洋区域多得多。海蛇在海洋中生活,从珊瑚岛礁中寻找淡水资源,并在降雨期间和雨后饮用淡水,这就能解释为何海蛇在受到暗礁保护的礁湖附近数量密集。海蛇盐腺的作用并非过滤海水中的盐分,而可能是保持电解质平衡,即去除血液中过多的盐分。