科学家揭示流浪蝾螈高超攀爬技能背后的血液动力机制

游走蝾螈以在沿海红杉林的树冠中高空滑翔而闻名，但这些小型两栖动物是如何做到轻松着陆和起飞的仍然是一个谜。游走蝾螈控制脚趾的血流以提高抓地力和脱离力，这一发现可能会激发新的粘合剂和机器人技术。

从腹侧视角拍摄的活体游走蝾螈（Aneides vagrans）后足的静帧图像，就在蝾螈向前迈出一步之前。 该图显示了大的数字血窦以及它们在最远关节附近的连接点。 图片来源：William P. Goldenberg

《形态学杂志》（Journal of Morphology）上的一项新研究表明，答案可能在于一种令人惊讶的机制：血液驱动的脚趾。 华盛顿州立大学的研究人员发现，游走蝾螈（Aneides vagrans）的趾尖可以快速充血、吸血和排血，从而优化附着、脱离和在树栖环境中的整体运动。

这项研究不仅发现了蝾螈以前未知的生理机制，还对生物启发设计产生了影响。 对蝾螈脚趾力学的深入了解最终会为粘合剂、假肢甚至机器人附肢的开发提供参考。

在对游走蝾螈（Aneides vagrans）的跳跃、跳伞和滑翔行为进行科学调查时，一只游走蝾螈（Aneides vagrans）跃上镜头后用单前肢紧紧抓住相机镜头。 资料来源：克里斯蒂安-布朗

"壁虎启发的粘合剂已经可以在不失去粘性的情况下重复使用表面，"该研究的第一作者、西悉尼大学综合生理学和神经科学博士后研究员克里斯蒂安-布朗（Christian Brown）说。"对蝾螈脚趾的了解可能会带来类似的附着技术突破"。

长期以来，Aneides属蝾螈的方形趾尖和在半透明皮肤下可以看到的鲜红色血"湖"一直令科学家们困惑不已。 历史上，这些特征被认为有助于氧合，但没有证据支持这种说法。

布朗对这一主题的兴趣可追溯到拍摄纪录片《美洲》期间的一次意外观察，该纪录片将于 2 月 23 日在 NBC和孔雀台播出。 布朗作为常驻蝾螈专家在片场协助工作，有机会通过制作团队的高倍摄像机镜头观察两栖动物的活动方式。

他注意到了一些奇怪的现象。 在这些小动物迈出脚步的前一刻，血液涌入了它们半透明的脚趾尖。 布朗和摄影助理威廉-戈登伯格反复观察这一现象。"我们面面相觑，'你们看到了吗？" "布朗说。

一只游走蝾螈（Aneides vagrans）站立/依附在水平/垂直表面上，相机和高倍镜头捕捉脚趾内的血液活动。 图片来源：克里斯蒂安-布朗

尽管制片人们继续前进，但布朗的好奇心却没有停止。 拍摄结束后，他主动联系戈登伯格，询问他是否有兴趣使用自己的电影设备，以科学和可重复的方式研究他们所观察到的现象。

通过在西悉尼大学弗朗切斯基显微镜&成像中心进行的高分辨率视频试验和确证分析，布朗、戈登堡和西悉尼大学及冈萨加大学的同事们发现，游走蝾螈可以精细地控制和调节趾尖两侧的血流。

这使它们能够不对称地调整压力，从而提高在树皮等不规则表面上的抓地力。 令人惊讶的是，在"趾脱"之前涌入的血液似乎有助于大鲵脱离而不是附着。 通过趾尖微微膨胀，大鲵减少了与所处表面的接触面积，从而最大限度地减少了松开所需的能量。 这种灵巧性对于在红杉树冠凹凸不平、湿滑的表面上穿行至关重要，也是在树枝间跳伞时安全着陆的关键。

布朗说："如果你正在攀爬一棵红杉，有18个脚趾抓在树皮上，那么能否在不损伤脚趾尖的情况下有效地脱离树皮就大不一样了。"

这项研究的意义可能超出Aneides vagrans的范围。 在其他蝾螈物种（包括水生物种）中也发现了类似的血管化结构，这表明蝾螈脚趾僵硬度的调节机制具有普遍性，它可以根据蝾螈所处的环境发挥不同的作用。 今后，布朗及其同事计划扩大研究范围，研究该机制如何在其他蝾螈物种和栖息地中发挥作用。

布朗说："这将重新定义我们对蝾螈如何在不同栖息地移动的理解。"

编译自/ScitechDaily