埃默里大学 响尾蛇在美国西南部和墨西哥北部的沙漠中被发现
信用:沃尔夫冈·乌斯特 大多数蛇从甲到乙都是通过将身体弯曲成S形并头朝下向前滑行来完成的
然而，在北美、非洲和中东的沙漠中发现的一些物种却有着更奇怪的生活方式
这些被称为“侧卷蛇”的蛇以它们的中部而不是头部为先导，在松软的沙滩上滑行
科学家用显微镜观察了侧卷的皮肤，看看它是否在他们独特的运动方式中发挥了作用
他们发现侧腹蛇的腹部布满了小坑，几乎没有其他蛇腹部的小刺
《美国国家科学院院刊》公布了这一发现，其中包括一个将这些不同结构与功能联系起来的数学模型
埃默里大学物理学助理教授、该研究的第一作者珍妮弗·里瑟说:“侧旋器的特殊运动在世界不同地区的不同物种中独立进化，这表明侧旋是解决问题的好办法。”
“理解这个融合进化的例子是如何工作的以及为什么工作，可能会让我们根据自己的需要对其进行调整，比如制造能够在挑战性环境中移动的机器人
" 这篇论文的合著者包括约瑟夫·门德尔松，一位爬虫学家和亚特兰大动物园的研究主任；进化生物学家杰西卡·马灵(加州大学河滨分校)；物理学家丹尼尔·古德曼(佐治亚理工学院)和合著者李泰德(纽约城市大学)
里瑟的研究兴趣汇集了软物质物理学——像沙子这样的可流动物质——和生物有机体
她研究动物的表面如何与周围环境中的可流动物质相互作用
从她的研究中获得的见解可能会导致人类技术的进步
里瑟对蛇和其他无肢动物特别感兴趣
“即使蛇有相对简单的身体计划，它们也能成功地在各种栖息地导航，”她说
她补充说，他们长而灵活的身体激发了“蛇”机器人的工作，从外科手术到在倒塌建筑中的搜救任务，无所不包
在之前的一篇论文中，里瑟和他的同事发现，设计机器人以蜿蜒的方式移动可能有助于他们在与路上的物体碰撞时避免灾难
墨西哥矛头响尾蛇通过向前滑行来移动
上面这项研究的显微照片显示，它腹部的皮肤显示出通常肉眼看不见的尖刺
显微照片显示了一个20微米宽的表面，大约是人类头发宽度的三分之一
信用:戴德丽 Sidewinders为她提供了一个机会，让她进一步探究大自然是如何进化出穿越松散沙子和其他柔软物质的方式的
大多数蛇在向前滑动时，倾向于保持腹部与地面接触，将身体从头部弯曲到尾部
然而，响尾蛇把它的中部抬离地面，向侧面移动
先前的研究假设侧弯可以让蛇在沙质斜坡上移动得更好
“这种想法是，侧风者在移动时分散他们身体传递给地面的力，这样他们在移动通过沙丘时就不会导致沙丘雪崩，”里瑟解释说
在这篇论文中，里瑟和她的同事调查了侧卷者的皮肤是否也在他们独特的运动风格中发挥了作用
他们重点研究了三种生活在动物园的响尾蛇，都是毒蛇:响尾蛇(Crotalus cerastes)，发现于美国西南部和墨西哥北部的沙漠中；撒哈拉角蝰蛇和撒哈拉沙蝰蛇都来自北非沙漠
从侧卷器上脱落下来的皮肤被收集起来，用原子力显微镜扫描，这种技术可以提供原子级的分辨率，大约是几分之一纳米
作为对比，他们还扫描了从非侧边缠绕者身上脱落的蛇皮
不出所料，显微镜显示在非侧卷者的皮肤上有细小的首尾相连的尖状物
先前的研究已经在各种其他爬行的蛇身上发现了这些微刺
然而，目前的研究发现，侧卷的皮肤是不同的
这两只非洲响尾蛇腹部有微坑，没有尖刺
响尾蛇的皮肤上也布满了小坑，还有一些小得多的刺——尽管比滑行蛇的刺要少得多
响尾蛇撒哈拉沙漠蝰蛇(Cerastes vipera)的皮肤显微照片显示，它的腹部布满了坑而不是刺
图像显示一个大约20微米宽的表面
信用:戴德丽 研究人员创建了一个数学模型来测试这些不同的结构如何影响与表面的摩擦相互作用
该模型表明，头尾尖钉提高了向前波动的速度和距离，但不利于侧弯
“你可以把它想象成灯芯绒材料上的脊，”里瑟说
“当你的手指沿着灯芯绒与脊线同向移动时，摩擦力比手指滑过脊线时要小
" 该模型还表明，圆形凹坑的均匀、非定向结构增强了侧弯，但对于向前的波动不如尖峰有效
这项研究提供了趋同进化过程中不同时间点的快照——不同物种独立进化出相似的特征是为了适应相似的环境
里瑟指出，美国的沙漠比非洲的沙漠要年轻得多
北美的莫哈韦沙漠在大约20，000年前积累了沙子，而撒哈拉地区在至少700万年前出现了沙质条件
“这也许可以解释为什么响尾蛇的腹部仍然有一些微刺，”她说
“它没有像两个非洲物种那样有足够的时间进化出适应沙地环境的特殊运动方式，这两个物种已经失去了所有的刺
" 里瑟补充说，工程师们可能也想相应地调整他们的机器人设计
“根据你需要机器人在什么类型的表面上移动，”她说，“你可以考虑设计它的表面，使其具有特殊的纹理来增强它的移动
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