□ 尼 莫

非洲肺魚

我們生活在陸地上，對于不常見的海洋和海洋生物總是充滿著向往，許多以海洋聞名的景區(qū)都有名為“海底漫步”的游玩項目，可以滿足一點點我們的向往之心。拴上鉛制的腰帶，戴上厚重的供氧頭盔，扶著海底走廊的扶手，游客們可以在10 米左右的海底行走，與那里的魚兒親密接觸。

但是這樣的行走有不足之處，耳朵感受到巨大的壓力，不能低頭否則水會漫過鼻子，頭盔只能抵抗10 米左右深度的水的浮力，這些都限制了我們進一步親近海洋。但在海洋深處，有許多生物它們卻可以在水下自由地行走，它們是怎么做到的呢？

“四肢纖細”的魚愛走路

在我們的印象中，魚類的運動方式就是游泳，這也是它們作為魚的重要標志之一，但其實海洋中還有不少的“另類”，它們不游泳，而是在海底“行走”。

肺魚之所以叫做肺魚，是因為它具有像肺一樣可以在陸地上呼吸的鰾，它的許多結構更接近于兩棲動物，是魚上岸階段的“活化石”之一。除了肺，肺魚還有可以起到腳的作用的腹鰭，這讓它可以在陸地上和水底的陸地上行走。

在實驗室的魚缸里，肺魚展示出兩種運動模式：一種是兩個鰭肢一并使用的跳躍運動；另一種是鰭肢交互使用的“行走”運動。開始行走前，肺魚會進行深呼吸，使肺中充滿了空氣，空氣增加了它“上半身”的浮力，接著它瘦弱的“后肢”會支撐上半身離開水地，兩只“后肢”一前一后交替移動，搬動身體向前行進。

明明是沒有腳的魚，為什么“走起路”來這么像陸地動物，美國紐約大學的研究者通過研究猬鰩得到了答案。猬鰩是一種不愛游泳愛走路的小型魚類，它常常將自己的身子埋于水底沙中，以貝類、甲殼類為食，它的行走方式與肺魚很相似，都是以瘦弱的后肢作為支撐和動力。

研究者發(fā)現(xiàn)，猬鰩用來支配鰭交替移動的神經(jīng)通路與陸地動物支配四肢的神經(jīng)通路是一樣的，并且指揮猬鰩前鰭和后鰭運動的基因分別與人類手臂和腿部的基因相似。這意味著參與行走的基因和神經(jīng)通路并不是動物上岸后才開始演化的，在魚類和陸地動物的共同祖先中就已經(jīng)存在了，研究員推斷這些神經(jīng)元起源于大約4.2 億年前，遠早于腿腳開始出現(xiàn)的年代。

除了肺魚和猬鰩，常常在海底行走的魚類還有靠堅硬的胸鰭行走的紅娘魚、可以用魚鰭來行走跳躍甚至攀爬瀑布的盲魚等。

世上無處不是路，蠑螈教你學走路

會走路的魚雖然很奇特，我們卻并不能從它們身上學會怎么進行水下行走，因為人類與生來就適應水壓和水下呼吸的魚類不同，魚類要走路只缺一雙腳，我們卻沒有可以水下呼吸的腮和調節(jié)水壓的膘，于是我們的目光轉向了兩棲動物——蠑螈。

蠑螈作為兩棲動物，它能夠游泳，也能在陸地上行走，并且能自由地切換這兩種運動模式，但是這兩種模式的結合狀態(tài)——水下行走卻很少有人研究。

此前有很多實驗研究過蠑螈的攀爬能力，中國的一個實驗告訴我們，蠑螈能倒掛在天花板上，能在傾斜85°的平板上爬行，而且無論這塊平板是潮濕還是干燥的，都不影響它的爬行速度。蠑螈不打滑的能力與它的腳掌微結構有關，其腳掌由許多多邊形上皮細胞構成，每個上皮細胞都存在直徑為100～300 納米的微柱。這些微柱可以在有水的平面上將水從腳掌溝槽之間擠壓出去，幫助蠑螈黏附在攀爬的平面上。

這樣的腳掌是否有利于蠑螈進行水下行走，美國阿克倫大學的研究員做了這樣的實驗。他們將四只蠑螈分為兩組飼養(yǎng)在水族箱中，水深約為30 厘米，水族箱底分別為礫石和玻璃，用攝像機拍攝了數(shù)周蠑螈水下行走的影像并用數(shù)學方法進行了分析。

軟件分析發(fā)現(xiàn)，蠑螈在粗糙的礫石上行走時，平均每步所需要的時間比起在光滑的玻璃上要更長，但是行走速度卻沒有明顯差異。研究員認為，玻璃的摩擦力小，可能打滑，步伐小而快，礫石摩擦力大，步伐更大，所以在總體的速度上沒有明顯的區(qū)別。

蠑螈在水下行走時如何排水、如何抬腳、關節(jié)如何運動等細節(jié)被機器人的設計師運用到了水下機器人身上。瑞士洛桑理工學院的研究員們?yōu)榱酥圃煲慌_兩棲機器人“蠑螈”，采用3DX 光視頻技術，從48 個角度研究蠑螈的各種形態(tài)，包括爬行、游泳和水下行走等。他們用電腦模擬了一段鰻魚的脊椎，仿制出一根0.9 米長的脊椎，并置入人工神經(jīng)元，用于控制機器人的運動。

蠑螈

“蠑螈”的運動由遠程計算機發(fā)出電信號，控制機器人選擇步行還是游泳，以及速度和運動方向?！跋旙ⅰ睓C器人下水后會先開始蛇形游動，等到觸底時再行走。

我們因承受不了高壓的深海環(huán)境而無奈放棄的海洋夢，就由這些水下機器人代替我們去探索。從無人遙控潛水器到水下機器人，它們都在海洋調查、海洋資源開發(fā)、深海搜救和打撈等方面發(fā)揮了極大的作用。