動(dòng)物從海洋走向陸地可謂生命進(jìn)化史上的里程碑,，那它們究竟如何實(shí)現(xiàn)從游泳到步行的轉(zhuǎn)變呢,？瑞士科學(xué)家將用最新研制的水陸兩棲機(jī)器人揭示其中的奧秘。這個(gè)機(jī)器人以火蜥蜴為模型,，地上能走水中會(huì)游,。

    能走能游
    據(jù)英國(guó)《獨(dú)立報(bào)》3月9日?qǐng)?bào)道，這個(gè)機(jī)器人長(zhǎng)約0.83米,，科學(xué)家采用火蜥蜴的身體構(gòu)造,，仿制了一根由9節(jié)黃色的塑料串成的長(zhǎng)長(zhǎng)的脊柱，并模仿其脊髓神經(jīng)元，給每一節(jié)安裝了電池和微型控制器,，控制它的運(yùn)動(dòng)方向和方式,。  
    當(dāng)它在陸地上行走時(shí)，主要依靠身體下面的四條可以轉(zhuǎn)動(dòng)的“腿”和可彎曲成“S”形的脊柱,。當(dāng)它下水后,，脊柱扭動(dòng)的頻率會(huì)加快，尾部提供前進(jìn)的推動(dòng)力,，就像一條原始的魚(yú)一樣自由游動(dòng),。

    簡(jiǎn)單推斷
    瑞士聯(lián)邦技術(shù)學(xué)院的物理學(xué)家?jiàn)W克·伊扎斯佩特領(lǐng)導(dǎo)的研究小組推斷，水生動(dòng)物在爬上陸地之前,，并不需要進(jìn)化出全新的神經(jīng)系統(tǒng),。實(shí)際上，從水生到陸生的轉(zhuǎn)變過(guò)程可能是非常簡(jiǎn)單的,。神經(jīng)系統(tǒng)只需要在原有的基礎(chǔ)上擴(kuò)大工作范圍,，增加刺激四肢運(yùn)動(dòng)的功能。而當(dāng)它下水時(shí),，其四肢不再使用并向后合起,，一連串神經(jīng)信號(hào)會(huì)沿著脊髓傳遞，加速其扭動(dòng)速度,，并開(kāi)始蛇形游動(dòng),。
    由于火蜥蜴非常類似于4億年前地球上第一個(gè)出現(xiàn)的長(zhǎng)有四肢的兩棲脊椎動(dòng)物，因此科學(xué)家選擇以其為機(jī)器人的模型,。實(shí)驗(yàn)證明,，根據(jù)火蜥蜴設(shè)計(jì)的兩棲機(jī)器人能像真正的兩棲動(dòng)物一樣適應(yīng)水陸環(huán)境,。
    伊扎斯佩特在研究報(bào)告中稱,，這個(gè)機(jī)器人增加了特殊的肢體振蕩器，使其能在陸地爬行,。改變機(jī)器人“脊髓”內(nèi)的電流大小便可以控制其運(yùn)動(dòng)模式,。電流刺激越小，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)就放慢,，以適應(yīng)步行方式,；反之，如果加大電流刺激,，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度加快,，就能在水中游動(dòng)起來(lái)。伊扎斯佩特說(shuō):“我們認(rèn)為,，機(jī)器人肢體的協(xié)調(diào)非常好,，一旦你啟動(dòng)機(jī)器人肢體的振蕩器，原來(lái)的神經(jīng)系統(tǒng)便轉(zhuǎn)向新的模式，這便是陸地運(yùn)動(dòng)的典型方式,。”

    脊椎神經(jīng)
    通過(guò)這個(gè)機(jī)器人,，科學(xué)家也能對(duì)人類脊椎的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行更深入的了解。伊扎斯佩特在發(fā)表在《自然》雜志上的研究報(bào)告中稱:“自然找到了完美的方式,，形成脊髓內(nèi)的復(fù)雜神經(jīng)回路,，并由此控制肌肉運(yùn)動(dòng)。”

    科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出一種蠑螈樣子的機(jī)器動(dòng)物,，它可以通過(guò)電控信號(hào)強(qiáng)度的改變?cè)谟斡竞托凶邇煞N動(dòng)作間自由轉(zhuǎn)換,，這也許能為科學(xué)家研究海洋動(dòng)物向陸地動(dòng)物的演進(jìn)提供寶貴線索。
    瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的奧克·揚(yáng)·艾斯皮特及其合作者設(shè)計(jì)了這種機(jī)器蠑螈,，他們?cè)?月9日出版的美國(guó)
    科學(xué)》雜志上介紹說(shuō),，這種機(jī)器蠑螈體長(zhǎng)85厘米，有一個(gè)類似兩棲動(dòng)物的中樞神經(jīng)系統(tǒng),，其獨(dú)特脊髓模型可接收到簡(jiǎn)單的電控制信號(hào),，借此控制動(dòng)作轉(zhuǎn)換。
    研究人員為機(jī)器蠑螈設(shè)計(jì)了6個(gè)脊柱樞紐,、4個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的肢關(guān)節(jié),、10個(gè)馬達(dá)，可令它模仿兩棲動(dòng)物Ｓ型的身體起伏模式,。許多兩棲動(dòng)物都是靠著這種Ｓ型波動(dòng)模式讓身體在陸地和水生環(huán)境中前行,。由電腦無(wú)線傳輸發(fā)送的電信號(hào)，可以調(diào)節(jié)機(jī)器蠑螈的行動(dòng)速度,、方向和步態(tài)類型,。這一調(diào)控機(jī)制與脊椎動(dòng)物神經(jīng)中樞發(fā)送信號(hào)的過(guò)程相類似。
    研究人員介紹說(shuō),，當(dāng)用較低水平的電信號(hào)刺激機(jī)器蠑螈時(shí),，它會(huì)采取行走步態(tài)，而接收到高水平電信號(hào)時(shí),，它就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到快速的游泳運(yùn)動(dòng)方式,。研究人員說(shuō)，能夠設(shè)計(jì)出這種無(wú)需重新改變關(guān)節(jié)或中樞神經(jīng)系統(tǒng),，就能在行走和游泳之間轉(zhuǎn)換的兩棲類機(jī)器動(dòng)物,，可幫助科學(xué)家們理解并回答“最初的脊椎動(dòng)物如何從海洋躍遷到陸地”等問(wèn)題。
    據(jù)介紹,，蠑螈這種兩棲動(dòng)物被科學(xué)界認(rèn)為是最早一批陸地脊椎動(dòng)物,，它是科學(xué)家們研究海洋動(dòng)物從水棲到陸地早期進(jìn)化過(guò)程的一種“關(guān)鍵動(dòng)物”。