高速视频展示“跳伞”蝾螈如何从最高的树上跳下并滑行

2022年05月25日 09:26 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

蝾螈一生都生活在世界上最高的树木——加利福尼亚海岸红杉的树冠上,其已经进化出一种非常适应从高处坠落的危险的行为:能够在半空中“跳伞”、滑翔和机动。众所周知,飞鼠以及众多种类的滑翔青蛙、壁虎、蚂蚁和其他昆虫,在从树上跳到树下或坠落时,都会使用类似的“空中杂技”,以便留在树上,避免落在地上。同样,研究人员认为,这种蝾螈的“跳伞”技能是一种引导它回到它坠落或跳下的树上的方式,以便更好地躲避陆生捕食者。

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南佛罗里达大学(USF)的博士生、一篇关于这些行为的论文的第一作者 Christian Brown说:“当它们在‘跳伞’时,它们有精湛的可操作性控制。它们能够转向。如果它们颠倒了,它们能够把自己翻过来。它们能够保持‘跳伞’的姿势,并且上下抽动它们的尾巴以进行水平机动。这种控制水平实在令人印象深刻。”

在加州大学伯克利分校的一个风洞中拍摄的高速录像显示了所谓的“流浪”蝾螈(Aneides vagrans)的空中灵活性,在那里,蝾螈被从一个栖息地推到一个向上移动的空气柱中,从而模拟自由落体。

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加州大学伯克利分校综合生物学教授、动物飞行专家Robert Dudley说:“当我第一次看到这些视频时,让我感到震惊的是,它们(蝾螈)是如此光滑--在它们的运动中没有不连续或噪音,它们只是完全在空中‘冲浪’。对我来说,这意味着这种行为是深植于它们运动反应中的东西,它(坠落)必须以合理的高频率发生,以便对这种行为进行选择。而且这不仅仅是被动‘跳伞’,它们不仅仅是向下‘跳伞’。它们显然也在做横向运动,也就是我们所说的滑翔。”

这种行为更令人惊讶,因为除了有稍大的脚垫之外,这些蝾螈看起来与其他不具备空中机动能力的蝾螈没有什么不同。例如,它们没有皮瓣,这将提示你它们的“跳伞”能力。

“流浪蝾螈有大脚,它们有长腿,它们有活跃的尾巴。所有这些东西都有利于它们的空中行为。但大家只是假设那是用来攀爬的,因为当我们看它们的时候,它们就是用这些特征来攀爬的,” Brown说。“因此,这不是一个真正的专门的空气动力控制面,但它的功能是两者都有。它帮助它们爬升,而且似乎也帮助它们跳伞和滑翔。”

研究人员希望在未来的研究中回答的问题包括:蝾螈如何在没有明显的解剖学适应滑翔的情况下设法“跳伞”和操纵,以及许多其他具有类似空中技能的动物是否以前从未被注意过。

“蝾螈是迟钝的,你不会认为它们有特别快的反应能力。这是在慢车道上的生活。”Dudley说:“而飞行控制是对动态视觉线索的快速反应,并且能够瞄准、定向和改变你的身体位置。所以,这只是一种奇怪的现象。无论如何,这种情况能经常发生,我们怎么会知道?”

2022年5月23日,研究人员在《当代生物学》杂志上发表了一篇描述该行为的论文。

树冠中的生活

利用风洞,Brown和加州大学伯克利分校的研究生Erik Sathe将A. vagrans的滑翔和跳伞行为--成体从鼻子到尾巴尖约4英寸(10厘米)--与其他三种原产于北加州的蝾螈的能力进行了比较,每种蝾螈都有不同程度的树栖性--也就是爬树或住在树上的倾向性。“流浪”蝾螈可能一生都在一棵树上,上下移动但从不接触地面,是最熟练的“跳伞者”。一个相关的物种,即所谓的树栖蝾螈,A. lugubris,生活在较矮的树上,如橡树,在跳伞和滑翔方面几乎同样有效。

两种最不适合树栖的蝾螈--Ensatina eschscholtzii,一种居住在林地的蝾螈,以及A. flavipunctatus,一种偶尔爬树的斑点黑蝾螈--在风洞中飞行的几秒钟内基本上都是无效的甩动。所有这四个物种都是无肺蝾螈,是蝾螈中最大的家族,主要分布在西半球。

“两个最不适合树栖的物种经常甩来甩去。我们称之为无效的、起伏的运动,因为它们不滑行,它们不水平移动,它们只是在风洞里有点盘旋,吓坏了,”Brown说。“两个最树栖的物种实际上从未拍打过。”

Brown在加州洪堡和德尔诺特县与非营利组织和大学保护团体一起工作时遇到了这些蝾螈,这些动物生活在红杉树冠层,主要是在离地面约150英尺的古老森林中。生物学家们使用绳索和上升器,定期攀登红木--其中最高的红木高达380英尺--以捕捉和标记流浪的蝾螈。在过去的20年里,作为由James Campbell-Spickler领导的项目的一部分,研究人员发现,他们标记的大多数蝾螈可以年复一年地在同一棵树上找到,尽管高度不同。它们主要生活在生长在灌木丛中的蕨类垫子里,灌木丛是聚集在大树枝的连接处的腐烂的植物物质。Brown说,在地面上很少发现来自红木树冠的有标记的“流浪”蝾螈,而其中大部分被发现时已经死亡。

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Brown注意到,当把它们捡起来做标记时,这些蝾螈很快就从他的手中跃出。即使是轻轻拍打树枝或一个从附近经过的影子都足以让它们从红木树冠上跳下来。考虑到它们位于森林地面之上,它们不慌不忙地跃入稀薄的空气中是令人惊讶的。

“它们跳下去,在它们还没有完成脚趾离地的时候,它们已经把前肢摊开,准备出发了,”他说。“所以,跳跃和‘跳伞’是非常紧密地联系在一起的。它们立即承担了这个位置。”

曾在其他动物身上研究过这种行为的Dudley邀请Brown将一些蝾螈带入他的风洞,记录它们的行为。使用每秒400帧的高速摄像机,研究人员拍摄了这些蝾螈在空气柱上漂浮的时间,有时长达十秒钟。

然后他们分析了这些帧,以确定动物在半空中的姿势,并推断出它们如何使用它们的腿、身体和尾巴来进行操纵。它们通常以一个陡峭的角度坠落,与垂直方向只有5度,但根据红杉树冠中树枝之间的距离,这通常足以让它们在落地之前到达树枝或树干。“跳伞”使它们的自由落体速度降低了大约10%。

Brown怀疑,它们的空中技能是为了应对坠落而进化的,但已经成为它们行为剧目的一部分,也许是它们默认的下降方法。例如,他和南加州大学本科生Jessalyn Aretz发现,对蝾螈来说,向下行走要比在水平的树枝上或树干上行走困难得多。

“这表明,当它们在游荡时,它们很可能在平坦的表面上行走,或者它们在向上行走。”他说:“当它们用完了栖息地,随着上层树冠变得越来越干燥,而且上面没有其他东西供它们使用,它们可以直接回落到那些更好的栖息地。为什么要走回去?你可能已经很累了。你已经消耗了你所有的能量,你是一只5克的小蝾螈,而你刚刚爬上了地球上最高的树。你不会转身走下来的--你会乘坐重力电梯。”

Brown认为A. vagrans是古老森林的另一个典型代表,它类似于斑点猫头鹰,因为它主要在最高和最古老的红杉树的树冠上发现,尽管也在道格拉斯冷杉和西特卡云杉中。

“这种蝾螈是红杉森林的一部分的典型代表,这部分几乎完全失去了伐木--树冠世界。”他说:“在这些由伐木公司创造的新生长的森林中,它是不存在的。也许它不仅有助于保护红杉的努力,而且有助于恢复红杉,使我们能够真正得到树冠生态系统。将红杉树恢复到蕨类植物的地步,恢复到树冠中的蝾螈的地步--这将是一个新的保护标准。”

同时,Dudley说,这种古老森林的居民有很多东西可以告诉我们关于进化,也许还有飞行的起源。

Dudley说:“它(滑翔)是一种新奇的东西,是一个在其他方面研究得很好的动物群体中意想不到的东西,但它说明了生活在树上的动物必须进化出空中能力的紧迫性,即使它们没有翅膀。飞行,在控制空中行为的意义上,是非常普遍的。它们在控制自己的身体姿势,而且它们在横向移动。这使得许多生活在树上的东西最终会进化出拍打飞行,这可能是很难进化的,也是为什么它今天在地球上只出现了三次。”

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