用生命來(lái)“跑酷”！松鼠的生存秘訣，終于被揭開(kāi)了

加州大學(xué)伯克利分校校園內(nèi)的松鼠（圖片來(lái)源：Lawrence Wang, UC Berkeley）

松鼠能夠在錯(cuò)綜復(fù)雜的樹(shù)梢環(huán)境間穿梭、覓食以及躲避捕食者，但它們是如何做到跳越各種間距而不墜落的呢？一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)》的研究表明，松鼠的身體靈活性、學(xué)習(xí)力和決策力的協(xié)同作用使它們能夠快速、毫不費(fèi)力地在樹(shù)梢間穿行。

撰文 | Tess Joosse

翻譯 | 王怡博

審校 | 吳非

過(guò)去兩周，在奧運(yùn)會(huì)上，體操運(yùn)動(dòng)員們的高難度動(dòng)作令人震驚，他們時(shí)而空翻、時(shí)而跳躍，時(shí)而翻轉(zhuǎn)，緊張地爭(zhēng)奪著金牌。耀眼的聚光燈下是運(yùn)動(dòng)員們近乎超人的表現(xiàn)，而這些常人難以做到的肢體動(dòng)作需要的是長(zhǎng)期的訓(xùn)練和對(duì)身體的精準(zhǔn)控制。

松鼠的學(xué)習(xí)力

而在東京奧運(yùn)會(huì)體育場(chǎng)之外，每天也在上演著另外一種雜技表演。在日本的森林里、在世界各地的樹(shù)梢上，松鼠游走在樹(shù)枝間。在自然界的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上爭(zhēng)奪的就不再是金牌了：松鼠在樹(shù)梢間的奔波是為了尋找食物，也是為了躲避在空中飛行的捕食者，例如鷹。

Robert Full（論文作者之一，加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家）是這樣高度評(píng)價(jià)松鼠的：在具有挑戰(zhàn)性且變幻莫測(cè)的樹(shù)梢環(huán)境中，它們依然能快速且毫不費(fèi)力地穿行。但我們并不清楚它們是如何做到跨越自身身長(zhǎng)幾倍的間隔距離，也不了解它們是如何知道自己的身體具備與生俱來(lái)的遠(yuǎn)距離跳躍能力的。

Full解釋道，搞清楚松鼠的身體與大腦之間的協(xié)調(diào)性不僅可以滿(mǎn)足人類(lèi)的好奇心，還會(huì)對(duì)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)有所啟發(fā)，并有可能借鑒到松鼠最好的機(jī)體特征：靈活的脊柱、能緊緊抓住樹(shù)枝的爪子和爪尖。而且松鼠不只是勇敢的體操運(yùn)動(dòng)員，還是學(xué)習(xí)能手。

Gregory Byrnes（錫耶納學(xué)院的研究者，未參與此研究）評(píng)價(jià)松鼠的記憶力很好：一只蹦跳著穿過(guò)公園的松鼠很有可能已經(jīng)走過(guò)這條路，它的大腦早已經(jīng)規(guī)劃好了路線。在冬天，隨著天氣轉(zhuǎn)冷，嚙齒動(dòng)物能夠回憶起堅(jiān)果的存放地，并勤奮地將那些堅(jiān)果一把一把地?fù)旎貋?lái)。

Nathaniel Hunt（論文通訊作者，內(nèi)布拉斯加大學(xué)奧馬哈分校的生物力學(xué)研究者）說(shuō)，嚙齒動(dòng)物的這種存儲(chǔ)習(xí)慣使它們區(qū)別于其他的樹(shù)棲動(dòng)物，如靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物。如果將這種學(xué)習(xí)能力與反應(yīng)迅速且靈活的身體特征結(jié)合在一起，就能得到一種能力非凡的機(jī)器人了。

觀察松鼠的運(yùn)動(dòng)

為了觀察并評(píng)價(jià)來(lái)回跳躍的動(dòng)物的三種能力表現(xiàn)：決策力、學(xué)習(xí)力和創(chuàng)新力，研究者決定在加州大學(xué)伯克利分校的桉樹(shù)林里研究野生松鼠的習(xí)性。首先，他們就得解決如何讓這些野生松鼠參與到實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，畢竟這對(duì)于野生動(dòng)物來(lái)說(shuō)可不是一件容易的事。

Hunt回憶道，“有時(shí)候我們只能停下來(lái)，因?yàn)榭偸怯行┧墒蟛荒芗杏趯?shí)驗(yàn)。”但幸運(yùn)地是，大多數(shù)松鼠在幾次嘗試并得到堅(jiān)果作為回報(bào)后就明白了。正如任何一個(gè)帶著喂鳥(niǎo)器的園丁都知曉的——食物誘惑法可是很有效的。

他們將松鼠放在設(shè)有室外障礙的路徑上，并用高速攝像機(jī)記錄它們的跳躍過(guò)程。他們誘導(dǎo)松鼠從樹(shù)枝狀的圓木棍上起跳，跨過(guò)不同的間隔著陸；其中，圓木棍類(lèi)似于跳水板的作用。木棍在松鼠的重量下發(fā)生彎曲，而彎曲程度取決于松鼠與“樹(shù)干”之間的距離。這迫使它們得快速做出決定：是要從樹(shù)枝的尾端起跳來(lái)縮短跳越距離，但伴隨著不穩(wěn)定的過(guò)于彎曲的樹(shù)枝；還是應(yīng)該從離“樹(shù)干”較近的地方起跳，但要跨過(guò)更長(zhǎng)的距離呢？

松鼠的決策力

近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究表明，松鼠對(duì)于樹(shù)枝彎曲度的敏感性比跳躍距離要高6倍。正如Hunt所評(píng)價(jià)的：“松鼠更容易受樹(shù)枝彎曲程度的影響，而不是它們要跨過(guò)的距離?！?/p>

Hunt猜測(cè)道，也許是大腦中對(duì)自我的信任感在起作用：松鼠更相信自己的跳躍能力，但不確定它們踩著的樹(shù)枝是否會(huì)在某一刻折斷而掉下來(lái)。當(dāng)研究者改變樹(shù)枝的彈性或跳躍距離時(shí)，松鼠總能快速地調(diào)整策略以適應(yīng)所改變的條件，并在幾次嘗試后便能學(xué)著調(diào)整好起跳的速度。

松鼠利用垂直的墻壁調(diào)整跳躍狀態(tài)。圖片來(lái)源于原論文

真正有趣的是，當(dāng)研究團(tuán)隊(duì)將樹(shù)枝靠著垂直的墻放置以進(jìn)一步延長(zhǎng)跳躍距離時(shí)，松鼠不僅會(huì)在樹(shù)枝間跳躍，還會(huì)跳到墻上、再離開(kāi)，研究者對(duì)這一系列類(lèi)似跑酷的行為進(jìn)行了定量分析并歸類(lèi)。

Hunt說(shuō)，松鼠利用這面墻建立了另一個(gè)接觸點(diǎn)來(lái)調(diào)整空中的跳躍狀態(tài)：有時(shí)候是為了促使它們往前走，有時(shí)候則是為了使它們能剎住腳步以減緩速度。除了墻以外的任意物體都有可能被松鼠用來(lái)滿(mǎn)足它們的跳躍需求。Full解釋道，他們并沒(méi)有預(yù)料到墻可以被用來(lái)調(diào)整跳躍技術(shù)，但松鼠就在他們眼前做到了。

另外，在所有的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，沒(méi)有一只松鼠摔下來(lái)。雖然有些松鼠并沒(méi)有以最完美的方式著陸：它們可能還懸掛在樹(shù)枝上或因身體失去平衡而跌倒，但最終都成功落地了。

Byrnes評(píng)論道：“這項(xiàng)研究太酷了，它定量了那些動(dòng)物們能做到，但我們?nèi)祟?lèi)還不知道如何描述的行為?！彼€比較好奇這些跳躍行為背后的力學(xué)特征：跳躍過(guò)程中，動(dòng)物的四肢都做了些什么，以及不同類(lèi)型的跳躍所需要的能量。

這項(xiàng)研究不僅可以將松鼠運(yùn)動(dòng)的原理應(yīng)用于機(jī)器人的制造，還有利于研究者了解松鼠瞬間跳躍時(shí)的大腦活動(dòng)，以及這些跳躍行為隨著松鼠的成長(zhǎng)會(huì)發(fā)生怎樣的變化。動(dòng)物在自然界無(wú)所不在，而我們只是剛剛開(kāi)始了解和領(lǐng)會(huì)它們是如何奔跑于樹(shù)梢間的。Full還補(bǔ)充道：“它們非常與眾不同，總能富含創(chuàng)造力地做出正確的選擇?！?/p>

原始論文：

https://science.sciencemag.org/content/373/6555/697

原文鏈接：

https://www.scientificamerican.com/article/squirrels-use-gymnastics-to-navigate-treetop-canopies/

《環(huán)球科學(xué)》