发布时间:2014-12-25

在武侠片中，经常会出现在水面上奔跑的大侠，这是传说中的轻功。15世纪的发明家达芬奇为我们留下了水上行走工具的素描图，似乎从古代开始，人们就对水面行走抱有很大的兴趣。在生物界，有一些生物可以在水面行走，甚至能够在水面上奔跑。这些生物是如何实现水面行走的呢？有没有一种方法使人类也能够在水面奔跑呢？

翻译/孙翠翠

在美洲中部的森林里生活着一种皇冠鬣蜥（Basiliscus sp.）。这种蜥蜴体重大约为2～500克，但却能够在水面上迅速奔跑，的确非常罕见。据了解，能在水面奔跑的蜥蜴还有其他几种，但一出生就行的只有皇冠鬣蜥。
皇冠鬣蜥一般生活在水边，擅长游泳或长时间潜于水底，而展示其惊人的水面奔跑功夫，是在它逃避鳄鱼或蛇等捕食者的时候。体重几十克的皇冠鬣蜥，可以用后脚以每秒约1.5米、20步的速度前进。由于《圣经》里有关于基督教徒在水面行走的记录，于是，在中美洲，人们将这种能在水面行走的皇冠鬣蜥亲切地称为"Jesus Christ Lizards"（基督蜥蜴）。

下沉之前迈出下一步，靠力量奔跑的蜥蜴
简单来说，皇冠鬣蜥的奔跑方法就是在身体下沉之前脚向前再迈一步。
虽说如此，水毕竟是流体，一般情况下，动物想要在水面行走或奔跑，会因水面无法支撑体重而下沉。所以说，要实现水面行走，关键是怎样获得支撑身体的力。那么，皇冠鬣蜥在水面奔跑的时候，水面上到底发生了什么呢？
仔细研究皇冠鬣蜥的水面奔跑方法后发现，它使用后脚快速重复这四个步骤：拍击水面、将脚向下放至水中、向后划水、抬脚往前落（右下方图片）。在皇冠鬣蜥这样奔跑的过程中，有三种力作用于它的身体。

皇冠鬣蜥水面奔跑时产生的三种力
首先发挥作用的是脚从上方拍击水面的瞬间产生的"冲击力"。这种向上的力支撑着身体，在被拍击的水加速结束之前的一瞬间发挥作用。拍击的力量越大，水的加速度越大，而且，脚的面积越大，搅动的水越多。
比冲击力稍晚一会儿产生的力叫做"浮力"。高速旋转拍打的脚将水推开，水面以下会出现一个蜥蜴身体长度的柱状旋涡，像是将脚包围住（实验图像不太清晰）。由于这个气柱的存在，浮力产生了。就像是按下水面的洗脸盆底，洗脸盆会感受到一种向上顶压的力，这种浮力的道理是一样的。但是，这个凹陷会立刻恢复，浮力也就随之消失。
紧随浮力之后产生的力叫做"流体动力"，即划水时的抵抗力，与划水速度的平方成正比。该力主要产生于脚往下往后划的过程中，成为身体向上方的支撑力和向前的推动力。在上方发挥作用的支撑力加上之前的浮力，正好超过支撑体重所需要的力。
最后，皇冠鬣蜥之所以不会沉水，是因为脚在后面不断划水，在迈出下一步之前身体要下沉的一瞬间，被脚拍击水面瞬间产生的"冲击力"和"浮力"及向上的"流体动力"支撑住。最重要的是，这种拍击水面的巨大力量能够快速并连续地产生。
另外，皇冠鬣蜥的脚掌和脚趾很长，脚趾中间有蹼。这些蹼在脚拍击水面时会伸展开，而当脚离开水面时又会合拢。这样，就会放大脚下压水面时的流体动力，减少离开水面时的阻力。同时，为了更强烈地拍击水面，皇冠鬣蜥会使身体扭曲，让脚大幅度扭转。