[科普中国]-天敌来袭，不怕，我会“凌波微步”

作者：Yuki、Nekout

编辑：kamin

“水面行走”这 样的高超本领，在各种武侠小说和影视作品中可以说是屡见不鲜了——各路大侠和超级英雄们天赋异禀，常常藐视地球引力的存在，迈开双脚就能在江河湖海上之上来去奔走，如履平地。

古往今来，生活在现实世界里的人们，对水面行走这般绝技可谓满怀憧憬，不断有仁人志士挑战“水上漂”和“水上跑”等极限项目。然而尴尬的是，不论大家的入水姿势多有创意，结局似乎永远都只有一个—— 沉下去。

这次一定能成功——诶？怎么又沉了……

看来，“笨重”的人类暂时是学不会水面行走了。还是让我们来看看其他动物的表现如何吧！

其实，对于大部分动物来说，水面行走也是一项不可能完成的任务（所以人类不必太沮丧）。

不过，仍有一些身怀绝技的高手，能够轻松活跃于水面之上——

比如 水黾 的家族成员，大多可以长期生活在水面上——它们的身体非常轻巧，加上修长美腿上无数密集的 腿毛 刚毛提供的超强疏水性，再借助水的表面张力，就可以自由自在地在水面漂浮移动了。

“水上漂”的行家——水黾。

一些身形娇小的壁虎也能掌握这种本领，比如南美洲热带雨林中有一种 侏儒壁虎 ，同样能够凭借轻盈的身体和防水的皮肤完全“立足”于水面之上，即使一动不动也不用担心会沉下去。

身长不到5cm的侏儒壁虎能轻松站在水面上

可以看出，这些 体型微小的生物，仅仅依靠天然装备和体型优势，就能泰然若之地在水面行走。但 对于体重更大一些的生物来说，水面提供不了足够的表面张力来抵消重力，想保持站立又不沉下去，就得多费些腿力了。

比如某些蜥蜴、水禽甚至海豚，会 借助宽大的脚掌（或鳍）和强大的肌肉力量，通过高速“踩水花”产生额外的动力 ，让自己的身体持续保持在水面之上。

蛇怪蜥蜴在遇到天敌时，会跳入水塘发足狂奔， 让岸边的猎食者目瞪口呆。

䴙䴘在求偶过程中会在水面踩着小碎步跳“踢踏舞”。

这些动物虽然不能“水上漂”，但掌握“水上跑”的本领也不赖。

壁虎也有绝学

而就在最近，科学家们无意间发现， 东南亚常见的一种壁虎( Hemidactylus platyurus )，竟然也深藏不露，掌握着一项集“水上漂”和“水上跑”于一体的技能 。他们仔细研究了壁虎的这项绝技，并将结果发表在2018年12月的《当代生物学》杂志（Current Biology）上。

为躲避天敌，小小的壁虎掌握着多种贴身绝技—— 被逼入墙角时能飞檐走壁，被咬住尾巴时会壮士断尾，被追到水边，则会毫不犹豫冲进水里。

（“游”过水塘的壁虎。来源：参考文献[1]）

乍一眼看去，壁虎仿佛是在游泳，但仔细观察就会发现，它们大半个身子都保持在水面之上，更像是半漂半跑的“凌波微步”。

（从慢动作来看，壁虎其实是在水面“凌波微步”。 图片来源：参考文献[1]）

但这样的举动着实令人惊诧，毕竟论个头，它们不够小，不能像侏儒壁虎那样完美利用水面张力；而论脚力，它们也远远赶不上蛇怪蜥蜴。按理说，这种壁虎下水多半会沉底，它是如何做到在水面凌波微步的呢？

科学家对壁虎凌波微步的本领进行了详细的测试和拆解，发现它的这项绝技可谓集齐武林各家门派之所长。

招式拆解之——“连环掌”

蛇怪蜥蜴 ( Basiliscus plumifrons ) 能用双脚在水面上快速奔跑，得益于强有力的后肢和一双大脚板，它们能以站立的姿态快速地用后脚蹬踏水面，利用在水面形成的空腔提供向上的升力。

壁虎没有那么强劲有力的后肢，它们采用的是 四肢并用，连环出掌拍击水面，同时头部微扬，在水面上保持一个小的向前的纵倾角 （Trim angle），以提供足够的升力。

（“连环掌”的技术细节（动力学分析）。图片来源：参考文献[1]）

招式拆解之——“神龙摆尾”

除了用连环掌划水外， 壁虎还会用动灵活的腰身和尾巴扭出一道优美的正弦，配合四肢的动作，像鱼类一般摆动游走，为壁虎在水面前进增添推动力 。

高速摄像机下，壁虎“神龙摆尾”的慢动作。来源：参考文献[1]

招式拆解之——“水上漂”

然而，仅仅依靠四肢和尾部出力，仍不足以让壁虎待在水面之上。科学家们推断， 壁虎皮肤的疏水性应该也在其中起到了重要的作用 ，它们也会利用水面张力去支撑大部分体重，同时减少水滴落在身上产生的阻力。

为了验证这一假设，研究者们邀请了壁虎的亲戚——蛇怪蜥蜴来一起参加测试。他们准备了一个大水缸，录制壁虎和蛇怪蜥蜴在水面行走的情况，然后又在水中添加了肥皂，降低了约一半的表面张力，再次观察它们的表现。

结果发现，肥皂水对蛇怪蜥蜴的表现丝毫没有影响，而壁虎的速度却降低到了58%左右，身体也有明显下沉。也就是说，蛇怪蜥蜴的“水上跑”完全是腿脚功夫过硬，而 壁虎则会巧妙借助水面张力来节约体 能 。

加肥皂前（上）和加肥皂后（下），壁虎“凌波微步”的表现明显不同。来源：参考文献[1]

“凌波微步”可以帮助壁虎迅速划过水面——科学家们通过计算得出，集齐上述招式， 壁虎就能以0.6米每秒的速度在水面前进，平均每秒移动10.5个身位 。而人类目前的百米自由泳世界记录保持者——巴西游泳选手西埃罗·费罗，平均每秒只有1.3个身位。

（“凌波微步”的分解动作。图片来源：参考文献[1]）

这些小动物的表现确实令人羡慕不已，那么，人类能不能通过模仿它们，实现在水上奔跑的梦想呢？

一组来自意大利米兰大学的研究者，就从蛇怪蜥蜴的“水上跑”获得灵感，特地对这一问题做了详细地分析和研究。

他们通过计算发现，人类想像蛇怪蜥蜴那样在水面奔跑，有三种实现的途径：

1. 加快奔跑速度 ——以超过30米每秒（约为人类在陆地上奔跑速度极限的3倍）的速度在水面奔跑。这显然很不现实。

2. 增大和水面的接触面积 ——比如穿上一双面积为1平方米左右的踩水专用鞋，并以10米每秒速度奔跑。这看起来也难以实现。

3. 换个星球 ——既然我们没法减少地球引力，那不如找个引力更小的星球去尝试“水上跑”吧。研究者们通过模拟低重力环境测试得出，当相对重力降低到地球重力的22%时，人类就可以轻松地实现“水上跑”了。而我们的邻居月球，以及太阳系中木星的4颗卫星，土星的两颗卫星，冥王星等都是不错的选择。不过等等，就算我们能抵达这些星球，好像也没有可以用来练习水上跑的池塘啊……

（研究者们正在通过模拟低重力环境测试“水上跑”的条件。图片来源：参考文献[2]）

只能说，这项研究更进一步证实了人类在水上行走的难度（顺便帮研究者拿到了2013年的搞笑诺贝尔奖物理学奖）。

说到底，水上漂、水上跑、凌波微步等极限水上项目，人类是没法凭空做到了，不过没关系， 机智的现代人早就想出了各种“作弊”的方法来实现这个美好的心愿。

比如，非牛顿流体作弊法，

水下藏玻璃作弊法，

吊索作弊法，

以及，使用终极作弊武器——脚上喷水装置。

所以，不用去月球，大家一样可以玩得很开心嘛！