猫以其灵活的体态和对物理规律的掌握而闻名，这使得它们能够在大多数情况下安然落地。
当猫跌落时，它们似乎毫不费力地翻转身体，回到正确的位置，这令科学家们困惑了数十年。我们的猫科朋友似乎能够在空中重新配置自己，而无需其他外力的干预，这似乎违反了物理规律。那么，它们是如何做到的呢？
多方面因素影响了猫四脚着地的能力，但简单来说，主要有两种力量在起作用：物理和神经学。
“物理学家们惊讶于猫能够旋转并总是四脚着地，其中一个原因是角动量守恒，”北卡罗来纳大学夏洛特分校的物理学家Greg Gbur说。
从本质上讲，这意味着如果某物顺时针旋转，则另一物必须逆时针旋转。想象一只猫从静止的倒立位置掉落。通过弯腰，猫可以将身体的前半部分扭向一个方向，将后半部分扭向相反的方向。当它在腰部展开时，猫就回到了正确的位置。Gbur在他的书《坠落的猫科动物和基础物理学》(耶鲁大学出版社，2019 年)中将这种模式称为“弯曲和扭转”模型。
但还有其他技术可以帮助猫在空中调整姿势，而且它们很可能同时使用多种技术。在“蜷缩和转动”方法中，猫会伸展前腿并蜷缩后腿，使后背的转动惯量更低，这意味着对旋转运动变化的阻力更小。然后，它会做相反的事情，蜷缩前腿，伸展后腿。它对速度的影响与旋转的溜冰运动员类似：伸展手臂会增加转动惯量，而将手臂拉近身体会降低转动惯量。这与速度成反比。随着惯量的增加，速度会降低，反之亦然。猫还可以使用Gbur称之为“螺旋桨尾巴”，其工作原理类似。随着尾巴向一个方向旋转，身体可以向另一个方向旋转。
伦敦大学皇家兽医学院的进化生物力学教授John Hutchinson表示，猫能够进行如此扭曲的姿势得益于其灵活的腰部区域——骨盆和胸廓之间的空间。猫的脊椎很细，这使得它们比其他四足脊椎动物更灵活。
四脚着地的能力也有一种神经解剖学解释：端正反射或反应。Gbur说，与膝跳反射等简单反射不同，动物的端正是一种复杂反射，这意味着它与意识大脑有关。
端正是对重力的行为反应，它依赖于控制平衡的前庭系统。猫内耳的半规管和称为耳石的传感器会检测其加速度和相对于地面的位置的变化，促使其肌肉以帮助其落在爪子上的方式运动。有趣的是，1950 年代的实验表明，这种端正反应并不是猫从出生时就固有的。当成年猫和新生小猫在零重力条件下乘坐喷气机飞行时，小猫无法端正自己，而成年猫却可以。哈钦森指出，由于耳石是由致密的骨头构成的，因此它们可能需要完全发育才能使动物能够正确地端正自己，但科学家们并不完全确定。
然而，跌落的高度也很重要。研究表明，例如，当猫从比七楼高的位置坠落时，它们着陆的冲击力会更小，而不是从较低的高度坠落。这主要是因为空气阻力，它会减慢猫的身体速度，使其能够转弯。此外，根据发表在《不可思议研究年鉴》上的一项研究，猫不太可能从不到0.3 至 0.6 米的高度正确转弯。(猫主人不应故意掉落猫来测试它们的端正反应，这可能会导致猫受伤，尤其是当猫患有前庭疾病时。)
Gbur说，端正反应不仅仅是家猫所独有的。许多野生猫、老鼠和兔子都表现出相同的行为。对于猫来说，最合理的进化解释是它们喜欢爬树和其他高处。对于兔子来说，端正行为可能有助于它们躲避捕食者。当一只兔子被捕食者追赶时，它可能会突然改变方向，跳跃或爬上树。这些突然的动作会使捕食者措手不及，给兔子时间逃脱。端正反射使兔子能够在空中调整姿势，即使在快速改变方向的情况下也能四脚落地。这可以帮助它们避免摔倒或受伤，从而增加逃生的机会。
本文译自 Live Science，由 BALI 编辑发布。
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