昆虫飞毛腿

张蓓蓓

世界上跑得最快的动物是什么？许多人脑海中可能会闪过猎豹在草原上奔驰的身影，这种动物能跑出30米/秒的速度，平均每秒能跑出自身体长的23倍。但是如果把体型大小考虑进来，以动物自身的体长为标准，比相对移动速度，那么一些昆虫能将猎豹远远甩在身后。让我们来见识一下这些昆虫飞毛腿。

跑步也要换挡的蟑螂

夜深人静的时候，打开厨房的灯，蟑螂像是被突然发现的小偷，还没等你动手，它就已经快速逃离了。蟑螂移动速度之快想必很多人都领教过，那它的速度到底有多快呢？

科学家还真的对蟑螂的速度做过测试，他们为蟑螂特制了一条跑道。当蟑螂在上面跑动时，能记录下脚印的压力和时间。此外，他们还用高速摄像机来测量蟑螂在设定距离内移动所花的时间和运动状态。结果显示，蟑螂的奔跑速度是1.5米/秒，大约每秒移动距离为它们体长的50倍（相当于人类以92米/秒的速度奔跑）。这个速度排到昆虫飞毛腿榜单的第三名。

蟑螂为什么能跑得那么快呢？德国科隆大学的科学家汤姆·魏曼领导的研究小组在实验室对蟑螂做了一个“跑步”实验。他们将蟑螂的翅膀摘除（蟑螂会飞，摘除翅膀以防蟑螂飞走），之后让它们站在一条长50厘米的跑道的起点处，并制造一些条件吸引蟑螂在跑道上跑步前进，全程蟑螂都被限制在跑道中。

通过观察，科学家们发现，蟑螂从提速到狂奔居然分别用了两种跑步方式。起初，它们采用交替的三脚架步态：身体一侧的第一和第三条腿与另一侧的中间的腿同时着地，之后换成另一侧的第一和第三条腿与这一侧的中间的腿同时着地，如此循环。但是当速度加快时，蟑螂就会改变跑步的步态：两侧的第一条腿同时着地，紧接着两侧的第二条腿同时着地，之后是第三条腿。

为什么会有这样的变化？这样的变化又有什么用呢？科学家发现，三脚架步态在一定速度范围内具有稳定性，使蟑螂能跑得很稳当。但是如果超过一定速度，蟑螂虽然可以高速跑步，但是因为是以弹跳的形式前进，因此会消耗更多的能量，而两侧腿对称着地的方式不仅稳定，并且能使蟑螂的步幅增加，带来速度的爆发。

快得要飞起来的蚂蚁

位列昆虫飞毛腿榜单第二名的是撒哈拉银蚁。相比于其他生活在沙漠里的蚂蚁，撒哈拉银蚁身长只有8.3毫米左右。虽然长着小短腿，但是在德国乌尔姆大学的一项新研究中，科学家发现它们能以约0.9米/秒的速度在沙漠上狂奔，这相当于一秒钟内它们可以跑出自身体长108倍的距离（相当于人类以179米/秒的速度狂奔）。

撒哈拉银蚁

有趣的是，撒哈拉银蚁也采用了三脚架步态，但是它的速度却比蟑螂更快。这是为什么呢？科学家们用高速摄像机记录了撒哈拉银蚁移动的过程。通过分析，他们发现撒哈拉银蚁虽然腿不长，但是它们的腿摆动速度相当快，几乎每秒可以走50步，每次三只脚接触地面的时间大约只有7毫秒。正是以这种三脚架式稳定的步态，再加上快速摆动腿部，使撒哈拉银蚁在沙地上跑起来时就像在飞。

而前面我们已经说过，达到一定速度时，以三脚架步态狂奔的昆虫是以弹跳的方式前进的，这是一种非常消耗体力的方式。撒哈拉银蚁为什么还会选择这种方式呢？事实上，三脚架步态对于撒哈拉银蚁来说是一种非常好的运动方式。首先，撒哈拉银蚁腿短，这是一个劣势。如果同样是在平地上跑，它们肯定比不上其他腿长的动物。但是三脚架步态中的弹跳行进可以增加它们的步幅长度，从而弥补这一劣势。其次，撒哈拉银蚁生活在沙漠，它们通常在白天出门，而在被太阳炙烤过的沙丘上跳着行走，也是一种很好的避高温方式。

极速奔驰跑瞎自己的甲虫

位居昆虫飞毛腿榜单第一名的是虎甲虫。虎甲虫是一大类甲虫，已知种类超过了2500种。它们以好斗和奔跑速度快而闻名。已知跑得最快的是一种生活在澳大利亚的虎甲虫，它们能以2.5米/秒的速度奔跑，大约每秒就能跑出自身体长的125倍距离。（注：虎甲虫家族中有3种速度比蟑螂和撒哈拉银蚁快，本文只选取其中最快的一种列入排行榜）。

如果只是通过数据我们无法体会虎甲虫到底有多快，那么我们可以来看看它们狂奔时会出现什么状况。美国康奈尔大学的昆虫学家发现，虎甲虫在高速追逐猎物时，会时不时停下脚步，四处转，之后再追。长久以来，科学家一直不知道为什么虎甲虫会在猎物即将到手的时候停下来休息，难道它们也像《龟兔赛跑》中的兔子一样自负，自恃速度快，不把猎物放眼里吗？通过进一步研究，科学家发现，原来虎甲虫并不是自负，而是它们的速度太快，把自己跑瞎了！虎甲虫的速度太快，使它们的视觉系统无法准确处理图像，无法定位猎物的位置，因此它们得停下来，让自己“缓下神”，再继续追击。

虎甲虫的神速得益于它们细长的腿和极快的步速，它们采用的也是三脚架式步态。而与蟑螂和撒哈拉银蚁不同的是，它们还有一个天生的优势——腿很长，再加上它们的长腿可以灵活、快速地轮换，速度自然也就更快。

当然，对昆虫运动模式的研究并不是想看它们如何狂奔，这些研究其实还能对一些意想不到的领域有所帮助。随着科技的发展，机器人能在恶劣的环境下，或者人类无法到达的地方执行各种任务。而在一些环境下，比如地面情况复杂的灾难救援现场、火星、月球等其他星球上，有腿机器人可以帮上大忙。在有腿机器人的研发中，科学家通常从昆虫身上偷师，把这些机器人设计成昆虫的模样或者模仿它们的运动模式。2019年，美国加州大学伯克利分校的研究人员就从蟑螂身上获得灵感，设计了一款微型机器人，其速度也与蟑螂相当，算得上机器人中最快的了。

拓展阅读

陆地上跑得最快的动物

许多昆虫都是跑步的好手，但是论相对速度，所有被认为跑得快的动物与一种比芝麻还小的小虫子比起来，都逊色太多，那就是南加州海岸螨虫。

如此小的虫子很难引起人们的注意，但是为了研究动物高速移动的机制，一个来自美国加州大学的研究团队选中了南加州海岸螨虫作为研究对象，记录到这些螨虫能以每秒322个自身体长的速度移动，这个速度相当于一个人以581米/秒的速度风驰电掣。更有趣的是，这种小虫子居然能像个技术高超的赛车手一样，可以急停，還能在急速运动时改变方向。

虽然动物体型越小，相对速度和步幅频率也会增加，但是从理论上来说，肌肉的生理效应应该会限制腿的移动速度，也就是说动物腿的移动速度应该是有上限的。不过从对南加州海岸螨虫的研究来看，它们的腿移动速度似乎没有上限，它们可能还可以更快。