飛簷走壁、凌波微步、上天下地、無所不能，武林宗師看了都直呼內行！誰能想到，這些關鍵詞竟然是形容一隻壁虎的呢。
喔，原來是蠍尾蜥虎
（Hemidactylus platyurus）
。沒聽說過？不要緊，今天就帶你看看它的絕世武功是怎樣練成的。
壁虎界的滑翔大師
蠍尾蜥虎是一種常見的壁虎，原產於南亞和東南亞。個頭不大，體重2。2克，體長4。5釐米，尾長4。1釐米。它們不僅能借助腳趾上的剛毛爬牆、懸掛在天花板上，此外還可以利用蹼足、皮瓣和尾巴在水上奔跑，簡直像超級英雄一樣無所不能。
最新的野外觀察發現，這種小動物還會透過滑翔，從一棵樹轉移到另一棵樹。
儘管蠍尾蜥虎的身體上只有適度的皮瓣，腳趾間的蹼也不突出，不像飛蜥一樣是專門的滑翔者（後者具有發達的翼膜），但蠍尾蜥虎同樣能夠滑翔。
這就奇怪了，難道它們有什麼秘密武器？
沒錯！
基於一些野外觀察，科學家猜測蠍尾蜥虎在自然界中滑行時，可能會使用尾巴來轉向和操縱著陸點
。
為此，科學家設計了一系列實驗對蠍尾蜥虎的滑翔行為進行量化，以探究尾巴在滑翔和著陸過程中的作用。
科學家在東南亞低地熱帶雨林中拍攝壁虎滑翔的高速影片，提取了蠍尾蜥虎滑翔的第一個量化資料：
滑行接近軌跡、滑行俯仰角度以及著陸速度等
。這些資料為我們揭開了蠍尾蜥虎藉助尾巴滑翔的奧秘。
短距離滑翔，蠍尾蜥虎有技巧
通常情況下，
蠍尾蜥虎在整個滑行過程中都在加速，只有在滑行接近尾聲時才會稍微減速
。在一半以上的試驗中，蠍尾蜥虎到達了它們的目標——空地上的一棵樹。
蠍尾蜥虎的滑翔能力相對較弱，這就導致了它們彈道式的短距離俯衝，到達目標時頭部先接觸樹幹
（隔著螢幕腦殼已經開始痛了），速度為6。0 ± 0。9米/秒。
蠍尾蜥虎在滑翔過程中還表現出姿勢的變化：
當它們接近目標時會逐漸傾斜，但保持53°的恆定接近角
。這一角度與滑翔本領更優秀的壁虎相似，表明蠍尾蜥虎在保持接近向量的同時，能利用現有的空氣動力控制來改變姿態。
透過繪製滑行持續時間的速度圖，研究人員發現，
當蠍尾蜥虎接近樹上的目標時，速度有所下降
，這表明它們在嘗試一種專門的著陸動作。然而，由於減速過程很短，只能將速度從其峰值飛行速度降低6。4%，這使得蠍尾蜥虎在撞擊時必須吸收幾乎全部的飛行動量。
在空氣動力控制手段極少的情況下高速降落，可能會增加受傷或跌落的風險，以及被捕食的機率。
因此，一些較大的壁虎物種甚至有頭骨的形態特化，以減少頭部受傷的風險
（這是腦殼越撞越硬了嗎？！）。
著陸的秘密武器——無他，唯尾巴爾
能看出來，為了練就飛簷走壁的絕技，蠍尾蜥虎可謂是使出了渾身解數。咦，渾身？好像沒看到尾巴有什麼用呢。
別急，尾巴可是蠍尾蜥虎著陸時的秘密武器，這就向你隆重介紹。
1。 著陸階段的動作順序
想要知道尾巴的用途，首先需要了解蠍尾蜥虎著陸樹幹時的動作，它可分為
五個階段
：
第一個階段蠍尾蜥虎正面靠近樹幹；第二階段頭部和前肢接觸樹幹；第三階段身體向下旋轉，頭部離開樹幹，後肢緊貼樹幹，尾巴同時向上翹；第四階段尾巴緊貼樹幹，軀幹往後旋轉，前肢離開樹幹；第五階段身體達到最大後仰幅度，蠍尾蜥虎會在軀幹回到樹幹前休息片刻。
蠍尾蜥虎著陸過程（圖片來源：Ardian Jusufi）
這種神奇的著陸姿勢有何作用呢？
讓我們來分析一下蠍尾蜥虎不同著陸階段的力學引數
。
蠍尾蜥虎在著陸前，身體從水平方向向上傾斜16°。最先與樹幹發生碰撞的頭和前肢吸收了絕大部分的動能，碰撞增加了角動量，導致身體向下旋轉。接著，後肢接觸樹幹。當蠍尾蜥虎的四肢都放在樹幹上時，會條件反射式地往後拱起尾巴，以消除部分角動量。當前肢開始超過附著極限，即將離開樹幹時，蠍尾蜥虎的軀幹會向後旋轉遠離樹幹。這時，得益於尾巴的支撐和後肢的抓握力，蠍尾蜥虎並不會從樹幹上掉下去。
來自熱帶雨林的攝像顯示，
頭朝下的撞擊會給蜥虎帶來大量的俯仰角動量，而透過尾巴創造一個長長的力臂，能使壁虎利用軀幹前部向後仰來抵消這種動量，最終僅需較小的後肢粘附力即可成功著陸
。
簡而言之，蠍尾蜥虎滑翔時，會利用尾巴和後腿安全降落在樹幹上。相比之下，沒有尾巴的壁虎在著陸時，前肢離開樹幹後很容易墜落。這從反面驗證了尾巴在支援身體後仰過程中保持穩定的作用。
2。 動力學模型揭示尾巴的妙用
為了深入瞭解尾巴對著陸成功率的潛在影響，科學家設計了一個簡化的壁虎平面剛體動力學模型。
蠍尾壁虎平面剛體動力學模型示意圖。外力用綠色粗體表示，而虛擬力用紫色表示。
（圖片來源：Robert et al。 2021）
動力學模型預測，保持壁虎附著在垂直樹幹上所需的後肢吸附力與尾巴長度成反比
。
因為可以抵消巨大的傾覆力矩，尾巴能有效減少壁虎靠後肢附著在樹上所需的力
。相比之下，沒有尾巴或者尾巴較短（斷尾現象在壁虎中十分常見）的壁虎需要更大的足力來確保成功著陸，而這很可能超過後肢承受力的臨界值，因此沒有尾巴或者尾巴較短的壁虎成功著陸的機率較低。
模型預測，保持無尾壁虎在樹幹上著陸所需的足力大約是有尾壁虎的5倍
。
動力學模型預測尾巴長度與後肢附著力的關係
（圖片來源：Robert et al。 2021）
可以發現，模型預測與現場觀察到的結果一致。蠍尾蜥虎滑向垂直樹幹成功著陸的比例高達87%；相比之下，無尾壁虎在與樹幹碰撞後失去穩定性，很容易墜落。
這些結果支援了基於實地觀察的假設，即尾巴可以緩衝作用在四肢上的高衝擊力，從而使蜥虎在垂直目標上成功著陸
。
3。 壁虎機器人
為了給這一假設提供一條獨立的證據線，以補充數學模型，科學家制作了一個壁虎機器人來測試尾巴在穩定著陸中的作用。
壁虎機器人（圖片來源：Ardian Jusufi實驗室）
首先，將機器壁虎放在一個彈射臺上，以一定速度將壁虎機器人彈到一塊垂直木板上，控制壁虎機器人的前肢、後肢和尾巴落在相應的區域。後肢的區域安裝有壓力感測器，用於測量後肢的吸附力。壁虎機器人在頭部受到撞擊後，尾巴會自動向背部方向拱起（類似條件反射）。
科學家讓壁虎機器人進行了79次著陸嘗試，並使用高速攝像機記錄了壁虎機器人著陸過程中主要部位（頭、後肢、尾巴）的位置資訊。
結果顯示，壁虎機器人、動態數學模型和現實中蠍尾蜥虎的著陸行為在定量和定性上都很相似
。
當前肢第一次接觸牆壁時，機器人模型的水平動量迅速轉化為角動量。這意味著當機器人模型的後腳到達著陸面時，模型會傾向於繼續旋轉，如果附著力不足，前腳會脫落。在這個階段，無尾機器人的後肢通常會脫離牆壁，而有尾機器人的尾巴為後仰提供了阻力，並有效地起到了旋轉減震器的作用。
壁虎機器人實驗證明了使用尾巴的機械調節來增強著陸穩定性的可行性，尾部縮短則會大大增加著陸時腳部所需的附著力
。沒有尾巴的壁虎機器人只有15%能夠成功著陸，而有尾的壁虎機器人成功著陸的比例則是55%。
來自壁虎的啟發，請查收
可見，尾巴對於蠍尾蜥虎的著陸確實有重要作用，這又帶給了我們什麼啟發呢？
在迄今為止調查的一系列空中運動行為中，定向空中下降或滑翔的終端階段是探索最少的領域，特別是在空氣動力控制能力有限的滑翔動物吸收撞擊能量的問題上。
蠍尾蜥虎在短距離滑翔時，由於體積小，著陸時採用了簡單的機械解決方案——
正面碰撞，動能被吸收
。蠍尾蜥虎既有爪子，也有粘著墊，這能幫助它們在撞擊時形成附著力，結合尾巴輔助反應的策略（透過充當反向槓桿來減少後肢的附著力），可以增加垂直著陸的成功性和穩定性。
對於穩定多模態機器人的設計，我們可以從自然中學到一些策略——透過使用機械調節設計，使著陸控制更簡單，從而獲得更大的著陸穩定性。
這些策略可能會讓機器人在面臨暫時失去空氣動力控制或非結構地形的挑戰時，能夠充分解決垂直著陸的問題。
此外，作為一種非專門樹棲生活的壁虎，蠍尾蜥虎具有在空中定向下降和亞臨界條件下著陸的能力，可能支援“
行為的出現先於外部形態進化
”的觀點。
小小的壁虎卻身懷絕技，不得不讓人感嘆造物主的精妙。所以，下次看見會“飛”的壁虎時，別忘了看看它們的小尾巴是怎麼工作的。
參考連結：
［1］Robert Siddall， Greg Byrnes， Robert J。 Full， Ardian Jusufi。 Tails stabilize landing of gliding geckos crashing head-first into tree trunks。 Communications Biology， 2021， 4：1020。 doi。org/10。1038/s42003-021-02378-6
［2］Jasmine A。 Nirody， Judy Jinn， Thomas Libby， Timothy J。 Lee， Ardian Jusufi， David L。 Hu， Robert J。 Full。 Geckos race across the water’ s surface using multiple mechanisms。 Current Biology， 2018， 28： 1-6。 doi。org/10。1016/j。cub。2018。10。064