哈基米如何降低自身墜落受到的傷害？

哈基米以其靈活的體態和對物理規律的掌握而聞名，這使得它們能夠在大多數情況下安然落地。

一柱擎天

當哈基米跌落時，它們似乎毫不費力地翻轉身體，回到正確的位置，這令人類困惑了數十年。我們的貓科朋友似乎能夠在空中重新配置自己，而無需其他外力的干預，這似乎違反了物理規律。那麼，它們是如何做到的呢？

關於哈基米在空中調整體位

多方面因素影響了哈基米四腳着地的能力，但簡單來說，主要有兩種力量在起作用：物理和神經學。

你瞅啥？

“物理學家們驚訝於貓能夠旋轉並總是四腳着地，其中一個原因是角動量守恆，”北卡羅來納大學夏洛特分校的物理學家Greg Gbur說。

從本質上講，這意味着如果某物順時針旋轉，則另一物必須逆時針旋轉。想象一隻哈基米從靜止的倒立位置掉落。通過彎腰，哈基米可以將身體的前半部分扭向一個方向，將後半部分扭向相反的方向。當它在腰部展開時，哈基米就回到了正確的位置。Gbur在他的書《墜落的貓科動物和基礎物理學》(耶魯大學出版社，2019 年)中將這種模式稱爲“彎曲和扭轉”模型。

關於哈基米使用的技術

但還有其他技術可以幫助哈基米在空中調整姿勢，而且它們很可能同時使用多種技術。在“蜷縮和轉動”方法中，哈基米會伸展前腿並蜷縮後腿，使後背的轉動慣量更低，這意味着對旋轉運動變化的阻力更小。然後，它會做相反的事情，蜷縮前腿，伸展後腿。它對速度的影響與旋轉的溜冰運動員類似：伸展手臂會增加轉動慣量，而將手臂拉近身體會降低轉動慣量。這與速度成反比。隨着慣量的增加，速度會降低，反之亦然。哈基米還可以使用Gbur稱之爲“螺旋槳尾巴”，其工作原理類似。隨着尾巴向一個方向旋轉，身體可以向另一個方向旋轉。

倫敦大學皇家獸醫學院的進化生物力學教授John Hutchinson表示，貓能夠進行如此扭曲的姿勢得益於其靈活的腰部區域——骨盆和胸廓之間的空間。貓的脊椎很細，這使得它們比其他四足脊椎動物更靈活。

四腳着地的能力也有一種神經解剖學解釋：端正反射或反應。Gbur說，與膝跳反射等簡單反射不同，動物的端正是一種複雜反射，這意味着它與意識大腦有關。

端正是對重力的行爲反應，它依賴於控制平衡的前庭系統。哈基米內耳的半規管和稱爲耳石的傳感器會檢測其加速度和相對於地面的位置的變化，促使其肌肉以幫助其落在爪子上的方式運動。有趣的是，1950 年代的實驗表明，這種端正反應並不是哈基米從出生時就固有的。當成年哈基米和新生哈基米在零重力條件下乘坐噴氣機飛行時，新生哈基米無法端正自己，而成年哈基米卻可以。哈欽森指出，由於耳石是由緻密的骨頭構成的，因此它們可能需要完全發育才能使動物能夠正確地端正自己，但目前研究並不完全確定是如此。

關於墜落高度的影響

同時，跌落的高度也很重要。研究表明，例如，當哈基米從比七樓高的位置墜落時，它們着陸的衝擊力會更小，而不是從較低的高度墜落。這主要是因爲空氣阻力，它會減慢哈基米的身體速度，使其能夠轉彎。此外，根據發表在《不可思議研究年鑑》上的一項研究，哈基米不太可能從不到0.3 至 0.6 米的高度正確轉彎。(哈基米主人不應故意掉落哈基米來測試它們的端正反應，這可能會哈基米受傷，尤其是當哈基米患有前庭疾病時。)

關於端正能力

Gbur說，端正反應不僅僅是家哈基米所獨有的。許多野生貓、老鼠和兔子都表現出相同的行爲。對於哈基米來說，最合理的進化解釋是它們喜歡爬樹和其他高處。對於兔子來說，端正行爲可能有助於它們躲避捕食者。當一隻兔子被捕食者追趕時，它可能會突然改變方向，跳躍或爬上樹。這些突然的動作會使捕食者措手不及，給兔子時間逃脫。端正反射使兔子能夠在空中調整姿勢，即使在快速改變方向的情況下也能四腳落地。這可以幫助它們避免摔倒或受傷，從而增加逃生的機會。