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跳蚤跳跃之谜终于解开了

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科学日报(2011年2月12日)

英国剑桥大学的最新研究阐明了跳蚤跳跃之谜,它跳起速度高达每秒1.9米。

1967年,科学家亨利•班纳特•克拉克发现,跳蚤需要存贮将自己弹射到空气中能量,并将其存在由独特的节肢弹性蛋白制成的脚趾上。然而在随后的时间里,有关跳蚤如何精确地利用这种爆炸性能量一直存在着争论。直到最近,用于记录和分析数据所需的技术才成为可能。

利用高速记录设备和精密的数学模型,马尔科姆•伯罗教授和格雷戈里•萨顿博士证明跳蚤用它们的脚趾蹬地从而使它们跳起来,这解开了44年来的奥秘。他们的研究结果发表于2011年2月10日的实验生物学杂志上。

“我们习惯于拍摄蝗虫,它比跳蚤大多了,因此我们一直担心拍跳蚤的难度。”萨顿博士说。

萨顿和伯罗认识到,在黑暗中,跳蚤会静静地呆着,只有当灯亮了的时候跳蚤才会起跳。他们在微弱的灯光下将相机聚焦在静止的昆虫上,然后成功地拍摄了10个动物的51次起跳。这是他们研究昆虫如何跳跃的第一个线索。

在大多数跳跃当中,跳蚤那结构很复杂的腿上的两个部位——跗骨(趾)和转节(膝盖)——是与地面接触的,目的就是为了使它们的身体离开地面;但是在10%的跳跃当中,只有跗(趾)触及地面。如果10%的跳跃没有依靠转节(膝盖),这是否意味着它是必须的呢?或者说跳蚤利用两种机制来跳跃?

通过对所拍摄影片的分析,科学家们发现,在起飞过程中昆虫会持续加速,即使转节(膝盖)不再向下压了。不利用转节(膝盖)和使用跗骨(趾)及转节(膝盖)进行跳跃的加速方式完全一样。当伯罗和萨顿用扫描电镜去观察跳蚤的腿的时候,他们发现,跳蚤的胫骨和跗骨(趾)都有爪子,而转节(膝盖)是完全平滑的,这样就不会有良好的抓地能力。

萨顿和伯罗猜想,昆虫通过胫骨到跗骨(趾)来向下按。科学家们利用数学模型重现了跳蚤的轨迹,他们证明,昆虫把来自于胸部的弹力传输到腿关节,以此来推动跗骨(趾)向下使力,这起到了杠杆的作用。(盘古译)

跳蚤利用它们的脚趾跳跃,而不是膝盖。

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