科學家揭示遊走蠑螈高超攀爬技能背後的血液動力機制
遊走蠑螈以在沿海紅杉林的樹冠中高空滑翔而聞名,但這些小型兩棲動物是如何做到輕鬆著陸和起飛的仍然是一個謎。遊走蠑螈控制腳趾的血流以提高抓地力和脫離力,這項發現可能會激發新的黏合劑和機器人技術。

從腹側視角拍攝的活體遊走蠑螈(Aneides vagrans)後足的靜幀影像,就在蠑螈向前邁出一步之前。此圖顯示了大的數位血竇以及它們在最遠端附近的連接點。圖片來源:William P. Goldenberg
《形態學雜誌》(Journal of Morphology)上的一項新研究表明,答案可能在於一種令人驚訝的機制:血液驅動的腳趾。華盛頓州立大學的研究人員發現,遊走蠑螈(Aneides vagrans)的趾尖可以快速充血、吸血和排血,從而優化附著、脫離和在樹棲環境中的整體運動。
這項研究不僅發現了蠑螈以前未知的生理機制,也對生物啟發設計產生了影響。對蠑螈腳趾力學的深入了解最終會為黏合劑、義肢甚至機器人附肢的開發提供參考。

在對遊走蠑螈(Aneides vagrans)的跳躍、跳傘和滑翔行為進行科學調查時,一隻遊走蠑螈(Aneides vagrans)躍上鏡頭後用單前肢緊緊抓住相機鏡頭。資料來源:克里斯蒂安-布朗
“壁虎啟發的黏合劑已經可以在不失去黏性的情況下重複使用表面,”該研究的第一作者、西悉尼大學綜合生理學和神經科學博士後研究員克里斯蒂安-布朗(Christian Brown)說。 “對蠑螈腳趾的了解可能會帶來類似的附著技術突破”。
長期以來,Aneides屬蠑螈的方形趾尖和在半透明皮膚下可以看到的鮮紅色血”湖”一直令科學家們困惑不已。歷史上,這些特徵被認為有助於氧合,但沒有證據支持這種說法。
布朗對此主題的興趣可追溯到拍攝紀錄片《美洲》期間的一次意外觀察,該紀錄片將於2 月23 日在NBC和孔雀台播出。布朗作為常駐蠑螈專家在片場協助工作,有機會透過製作團隊的高倍率攝影機鏡頭觀察兩棲動物的活動方式。
他注意到了一些奇怪的現象。在這些小動物邁出腳步的前一刻,血液湧入了它們半透明的腳趾尖。布朗和攝影助理威廉-戈登伯格反覆觀察這一現象。 “我們面面相覷,’你們看到了嗎?” “布朗說。

一隻遊走蠑螈(Aneides vagrans)站立/依附在水平/垂直表面上,相機和高倍鏡頭捕捉腳趾內的血液活動。圖片來源:克里斯蒂安-布朗
儘管製片人們繼續前進,但布朗的好奇心卻沒有停止。拍攝結束後,他主動聯繫戈登伯格,詢問他是否有興趣使用自己的電影設備,以科學和可重複的方式研究他們所觀察到的現象。
透過在西悉尼大學弗朗切斯基顯微鏡&成像中心進行的高解析度視訊試驗和確證分析,布朗、戈登堡和西悉尼大學及岡薩加大學的同事們發現,遊走蠑螈可以精細地控制並調節趾尖兩側的血流。
這使它們能夠不對稱地調整壓力,從而提高在樹皮等不規則表面上的抓地力。令人驚訝的是,在”趾脫”之前湧入的血液似乎有助於大鯢脫離而不是附著。透過趾尖微微膨脹,大鯢減少了與所處表面的接觸面積,從而最大限度地減少了鬆開所需的能量。這種靈巧性對於在紅杉樹冠凹凸不平、濕滑的表面上穿梭至關重要,也是在樹枝間跳傘時安全著陸的關鍵。
布朗說:”如果你正在攀爬一棵紅杉,有18個腳趾抓在樹皮上,那麼能否在不損傷腳趾尖的情況下有效地脫離樹皮就大不一樣了。”
這項研究的意義可能超出Aneides vagrans的範圍。在其他蠑螈物種(包括水生物種)中也發現了類似的血管化結構,這表明蠑螈腳趾僵硬度的調節機制具有普遍性,它可以根據蠑螈所處的環境發揮不同的作用。今後,布朗及其同事計劃擴大研究範圍,研究該機制如何在其他蠑螈物種和棲息地中發揮作用。
布朗說:”這將重新定義我們對蠑螈如何在不同棲息地移動的理解。”
編譯自/ ScitechDaily