猫如何用脚着地？

猫是扭曲和物理定律的大师，这有助于它们更多地坚持着陆。

当猫摔倒时，它们会毫不费力地翻转过来——这几十年来一直困扰着科学家。我们的猫科动物朋友似乎在没有其他力量干预的情况下在半空中重新配置自己，从而违反了物理定律。那么他们是如何做到的呢？

有几个因素会影响猫如何用四肢着地，但简单地说，有两个主要力量在起作用：物理学和神经学。

北卡罗来纳大学夏洛特分校的物理学家格雷格·格伯 (Greg Gbur) 告诉《生活科学》杂志：“猫能够旋转并始终用脚着地，这让物理学家感到惊讶，原因之一是角动量守恒。”

本质上，这意味着如果某个东西顺时针扭曲，其他东西也必须逆时针扭曲。想象一只猫从静止的倒立位置跌落。通过弯曲腰部，猫可以将身体的前半部分向一个方向扭转，而后半部分向相反的方向扭转。当它在腰部展开时，猫的正面朝上。 Gbur 在他的著作《坠落的猫科动物与基础物理学”（耶鲁大学出版社，2019 年）中将此称为“弯曲和扭曲”模型。 

但是还有其他技术可以帮助猫在半空中调整自己的姿势，而且它们可能会使用不止一种技术。在“折叠和转动”方法中，猫伸展前腿并折叠后腿，使背部的惯性矩较低，这意味着对旋转运动变化的阻力较小。然后，它会做相反的事情，收起前腿并伸展后腿。它具有类似于旋转花样滑冰运动员的效果：将手臂向外伸展会增加惯性矩，而将手臂靠近身体会减少惯性矩。这与速度成反比。随着惯性的增加，速度会下降，反之亦然。猫还可以使用格布尔所说的“螺旋桨尾部”，其工作原理类似。当尾巴向一个方向旋转时，身体可以向另一个方向旋转。 

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伦敦大学皇家兽医学院进化生物力学教授约翰·哈钦森 (John Hutchinson) 告诉《生活科学》杂志，猫之所以能出现这种扭曲，是因为猫灵活的腰部区域（骨盆和胸腔之间的空间）。猫的椎骨很瘦，这使得它们比其他四足脊椎动物更灵活。 

这种四肢着地的能力也有神经解剖学的解释：翻正反射或反应。格布尔说，与下意识等简单反射不同，动物的翻正是一种复杂的反射，这意味着它与大脑意识有关。 

翻正是对重力的一种行为反应，依赖于控制平衡的前庭系统。猫内耳中的半规管和称为耳石的传感器可检测其相对于地面的加速度和位置的变化，促使其肌肉移动以帮助其着陆它的爪子。有趣的是，20世纪50年代的实验表明，这种翻正反应并不只是猫从出生起就根深蒂固的。当成年猫和新生小猫在零重力条件下乘坐喷气式飞机时，小猫无法恢复正常，但成年猫却可以。哈钦森指出，由于耳石是由致密的骨骼组成，因此它们可能需要完全发育才能使动物能够正确地自我矫正，但科学家们并不完全确定。 

然而，坠落的高度也很重要。研究表明猫从高于七楼的高度坠落时，落地时受到的冲击力较小。这主要是因为空气阻力，空气阻力使猫的身体减慢到足以使其转动。此外，根据不可能研究年鉴上发表的研究，猫不太可能在小于 1 或 2 英尺（0.3 至 0.6 米）的距离内正确转动。 （猫主人故意放下猫来测试它们的翻正反应是不安全的；它们可能会受伤，特别是如果它们患有前庭疾病。）

纠正反应并不是家猫所独有的。许多野猫表现出相同的行为，老鼠和兔子也是如此。对于猫来说，最合理的进化解释是它们倾向于爬树和其他离地较高的地方。对于兔子来说，捕食可能是一种进化力量。例如，当鹰水平扑向兔子时，兔子会垂直跳跃，导致鹰摸索兔子，将其撞离直线路径。因此，兔子进化出了一种直立着陆且不受伤害的方式。

对于多年来科学家们一度认为只是本能的行为，格布尔表示，多种技术可以作为答案。

他说：“寻找问题最简单的解决方案是我们的基因，但大自然只关心最有效的解决方案。” “任何能够更快站稳脚跟的事情都是更好的。”