为什么进化的尾巴还这么不一样?

2015年的时候,澳大利亚搞了一个很有意思的项目,他们给好多种海洋动物都绑上了追踪器,想看看到底这些家伙在千米深的海底是怎么活动的。结果发现个大新闻:不管是尾巴竖着的鲨鱼,还是尾巴横着的海豚,大家长途游泳的时候,都有个共同的套路——游一阵、滑一阵,这俩路子的能量效率其实差不多。既然效率都差不多,为什么进化出来的尾巴还这么不一样呢?这事儿得从它们的老路子说起。 先说鲨鱼吧,这玩意儿的祖先从4亿年前就在海里泡着了,脊柱左右摆动的动作特别适合做推进器。这种方式耗能少、信号简单,所以就一直没改过。4亿年了,这种模式早就写进基因里去了,想改也改不掉了。后来水里的浮力大了,只靠脊柱就能轻松动起来。所以垂直尾巴就是这种左右摆动的自然延伸,能把水切得更透、动力也更强。 再看海豚,它们的祖宗其实是住在陆地上的蹄类动物,跟河马、牛、羊是亲戚。为了跑得快,它们的脊椎学会了往后肚子那方向拱起。大约5000万年前环境变了,它们不得不回到海里生活。可是脊椎的结构改起来太难了,没法像刚开始那样前后摆动了。没办法,水平尾巴就成了它们适应新环境的妥协办法。所以你看现在的鲸鱼海豚都有水平尾巴。 其实这两种设计并没有绝对的好坏之分,主要是看它们适不适合现在的环境。 海豚有个大优点是需要垂直升力来呼吸——它们得经常从深海浮到水面换气。水平尾巴上下甩的时候能产生垂直推力,帮它们快速调整深度;要是速度超过了4.6米/秒,这个推力甚至能让它们跃出水面滑行一下。这样借助空气阻力能省下不少力气。 鲨鱼的优势在猎杀上。因为不用上岸呼吸,垂直尾巴不需要为上浮出力。左右摆动能产生强大的侧向力,在追猎物或者躲天敌的时候能像赛车过弯一样来个急转弯。水平尾巴的鲸豚如果要急转得先侧翻把尾巴竖起来动作慢吞吞的,效率不如鲨鱼。 遇到大危险的时候鲨鱼也能暴力跳出水面逃跑,但那是高耗能的应急动作;而海豚把“空中滑行”练成了日常技能。 咱们科学家就把这两种尾巴的特点拿来做机器人了:北京大学搞了个像鲨鱼的三关节机器——RoboShark,左右摆动的推进效率高达80%,特别适合长时间在水里做监测;中国科学院自动化研究所的机器海豚模仿了“出水—滑行—入水”的整套动作。 从深海追踪到仿生机器人,尾鳍是往左还是往右的老争论还在继续——但答案早就藏在每一次划破水面的浪花里了。