昆蟲飛毛腿

張蓓蓓

世界上跑得最快的動物是什么？許多人腦海中可能會閃過獵豹在草原上奔馳的身影，這種動物能跑出30米/秒的速度，平均每秒能跑出自身體長的23倍。但是如果把體型大小考慮進來，以動物自身的體長為標準，比相對移動速度，那么一些昆蟲能將獵豹遠遠甩在身后。讓我們來見識一下這些昆蟲飛毛腿。

跑步也要換擋的蟑螂

夜深人靜的時候，打開廚房的燈，蟑螂像是被突然發現的小偷，還沒等你動手，它就已經快速逃離了。蟑螂移動速度之快想必很多人都領教過，那它的速度到底有多快呢？

科學家還真的對蟑螂的速度做過測試，他們為蟑螂特制了一條跑道。當蟑螂在上面跑動時，能記錄下腳印的壓力和時間。此外，他們還用高速攝像機來測量蟑螂在設定距離內移動所花的時間和運動狀態。結果顯示，蟑螂的奔跑速度是1.5米/秒，大約每秒移動距離為它們體長的50倍（相當于人類以92米/秒的速度奔跑）。這個速度排到昆蟲飛毛腿榜單的第三名。

蟑螂為什么能跑得那么快呢？德國科隆大學的科學家湯姆·魏曼領導的研究小組在實驗室對蟑螂做了一個“跑步”實驗。他們將蟑螂的翅膀摘除（蟑螂會飛，摘除翅膀以防蟑螂飛走），之后讓它們站在一條長50厘米的跑道的起點處，并制造一些條件吸引蟑螂在跑道上跑步前進，全程蟑螂都被限制在跑道中。

通過觀察，科學家們發現，蟑螂從提速到狂奔居然分別用了兩種跑步方式。起初，它們采用交替的三腳架步態：身體一側的第一和第三條腿與另一側的中間的腿同時著地，之后換成另一側的第一和第三條腿與這一側的中間的腿同時著地，如此循環。但是當速度加快時，蟑螂就會改變跑步的步態：兩側的第一條腿同時著地，緊接著兩側的第二條腿同時著地，之后是第三條腿。

為什么會有這樣的變化？這樣的變化又有什么用呢？科學家發現，三腳架步態在一定速度范圍內具有穩定性，使蟑螂能跑得很穩當。但是如果超過一定速度，蟑螂雖然可以高速跑步，但是因為是以彈跳的形式前進，因此會消耗更多的能量，而兩側腿對稱著地的方式不僅穩定，并且能使蟑螂的步幅增加，帶來速度的爆發。

快得要飛起來的螞蟻

位列昆蟲飛毛腿榜單第二名的是撒哈拉銀蟻。相比于其他生活在沙漠里的螞蟻，撒哈拉銀蟻身長只有8.3毫米左右。雖然長著小短腿，但是在德國烏爾姆大學的一項新研究中，科學家發現它們能以約0.9米/秒的速度在沙漠上狂奔，這相當于一秒鐘內它們可以跑出自身體長108倍的距離（相當于人類以179米/秒的速度狂奔）。

撒哈拉銀蟻

有趣的是，撒哈拉銀蟻也采用了三腳架步態，但是它的速度卻比蟑螂更快。這是為什么呢？科學家們用高速攝像機記錄了撒哈拉銀蟻移動的過程。通過分析，他們發現撒哈拉銀蟻雖然腿不長，但是它們的腿擺動速度相當快，幾乎每秒可以走50步，每次三只腳接觸地面的時間大約只有7毫秒。正是以這種三腳架式穩定的步態，再加上快速擺動腿部，使撒哈拉銀蟻在沙地上跑起來時就像在飛。

而前面我們已經說過，達到一定速度時，以三腳架步態狂奔的昆蟲是以彈跳的方式前進的，這是一種非常消耗體力的方式。撒哈拉銀蟻為什么還會選擇這種方式呢？事實上，三腳架步態對于撒哈拉銀蟻來說是一種非常好的運動方式。首先，撒哈拉銀蟻腿短，這是一個劣勢。如果同樣是在平地上跑，它們肯定比不上其他腿長的動物。但是三腳架步態中的彈跳行進可以增加它們的步幅長度，從而彌補這一劣勢。其次，撒哈拉銀蟻生活在沙漠，它們通常在白天出門，而在被太陽炙烤過的沙丘上跳著行走，也是一種很好的避高溫方式。

極速奔馳跑瞎自己的甲蟲

位居昆蟲飛毛腿榜單第一名的是虎甲蟲。虎甲蟲是一大類甲蟲，已知種類超過了2500種。它們以好斗和奔跑速度快而聞名。已知跑得最快的是一種生活在澳大利亞的虎甲蟲，它們能以2.5米/秒的速度奔跑，大約每秒就能跑出自身體長的125倍距離。（注：虎甲蟲家族中有3種速度比蟑螂和撒哈拉銀蟻快，本文只選取其中最快的一種列入排行榜）。

如果只是通過數據我們無法體會虎甲蟲到底有多快，那么我們可以來看看它們狂奔時會出現什么狀況。美國康奈爾大學的昆蟲學家發現，虎甲蟲在高速追逐獵物時，會時不時停下腳步，四處轉，之后再追。長久以來，科學家一直不知道為什么虎甲蟲會在獵物即將到手的時候停下來休息，難道它們也像《龜兔賽跑》中的兔子一樣自負，自恃速度快，不把獵物放眼里嗎？通過進一步研究，科學家發現，原來虎甲蟲并不是自負，而是它們的速度太快，把自己跑瞎了！虎甲蟲的速度太快，使它們的視覺系統無法準確處理圖像，無法定位獵物的位置，因此它們得停下來，讓自己“緩下神”，再繼續追擊。

虎甲蟲的神速得益于它們細長的腿和極快的步速，它們采用的也是三腳架式步態。而與蟑螂和撒哈拉銀蟻不同的是，它們還有一個天生的優勢——腿很長，再加上它們的長腿可以靈活、快速地輪換，速度自然也就更快。

當然，對昆蟲運動模式的研究并不是想看它們如何狂奔，這些研究其實還能對一些意想不到的領域有所幫助。隨著科技的發展，機器人能在惡劣的環境下，或者人類無法到達的地方執行各種任務。而在一些環境下，比如地面情況復雜的災難救援現場、火星、月球等其他星球上，有腿機器人可以幫上大忙。在有腿機器人的研發中，科學家通常從昆蟲身上偷師，把這些機器人設計成昆蟲的模樣或者模仿它們的運動模式。2019年，美國加州大學伯克利分校的研究人員就從蟑螂身上獲得靈感，設計了一款微型機器人，其速度也與蟑螂相當，算得上機器人中最快的了。

拓展閱讀

陸地上跑得最快的動物

許多昆蟲都是跑步的好手，但是論相對速度，所有被認為跑得快的動物與一種比芝麻還小的小蟲子比起來，都遜色太多，那就是南加州海岸螨蟲。

如此小的蟲子很難引起人們的注意，但是為了研究動物高速移動的機制，一個來自美國加州大學的研究團隊選中了南加州海岸螨蟲作為研究對象，記錄到這些螨蟲能以每秒322個自身體長的速度移動，這個速度相當于一個人以581米/秒的速度風馳電掣。更有趣的是，這種小蟲子居然能像個技術高超的賽車手一樣，可以急停，還能在急速運動時改變方向。

雖然動物體型越小，相對速度和步幅頻率也會增加，但是從理論上來說，肌肉的生理效應應該會限制腿的移動速度，也就是說動物腿的移動速度應該是有上限的。不過從對南加州海岸螨蟲的研究來看，它們的腿移動速度似乎沒有上限，它們可能還可以更快。