盡管貓和老虎在體型、生活環境和具體行為上存在諸多差異,但它們在狩獵與捕食習性、領地意識與標記行為、視覺與聽覺的敏銳性、孤獨獵手的生活習性、靈活的身體與敏捷的動作以及情感表達與社交行為等方面都展現出了顯著的相似性。這些相似之處不僅體現了它們作為貓科動物的共同特征。
生物學的角度來說,貓和虎的動作真的很接近。
科學家專門比較過貓各種動物的運動學特性。
貓科動物就包括了家貓(Felis catus)和老虎(Panthera tigris)。
當然,除此之外還有其他7種貓科動物,山貓(Lynx)、猞猁(Lynx canadensis)、豹(Panthera pardus)、獵豹(Acinonyx jubatus)、美洲獅(Puma concolor)、獅子(Panthera leo)。
這些動物的體重範圍從3.7公斤的家貓到169公斤的老虎,涵蓋了貓科動物中不同體型的代表性物種。
單從解剖學的角度來看,就可以看出不同貓科動物四肢與體重比例的一致性。
貓貓倒還好,其他大型貓科動物基本不可能統一到實驗室裏來觀察研究。所以大貓們都在動物園和野生動物保護中心 [1] 裏完成研究。所有實驗物件均為馴化訓練好的個體,以確保在實驗過程中能夠順利完成運動測試。
實驗方法簡單來說,就是視訊記錄,然後逐幀分析。
在實驗開始前,研究人員在動物的肩膀、肘部、手腕、掌指關節(MCP)、髖部、膝蓋、踝關節和跖趾關節(MTP)處貼上臨時的、無創的標記物,以便在視訊分析時能夠準確定位這些關節的角度。
攝影機的位置固定在垂直於動物運動路徑的平面,以確保能夠獲取到精確的側面視角。比如下圖為獵豹的右側檢視:
不僅解剖學比例相似,動作的模式也差不多。
實驗主要對步態周期中每一幀的影像進行詳細的運動分析,每個步態周期至少包含20個影像幀(從某一肢體落地到同一肢體的下一個落地時刻)。
步態周期中的支撐相(stance)是指足部與地面接觸的階段,而擺動相(swing)則是足部離地的階段。研究重點分析了步態周期中的兩個關鍵時刻:落地時刻(footfall)和支撐中期(midstance),因為這兩個時刻通常是肢體承受最大力的時刻,同時肢體的整體姿態在支撐中期最接近垂直。
下圖展示了貓科動物在步態周期中不同關節的角度變化情況。
只說貓和老虎,不管是肘關節(圖A)、膝關節(圖B)、腕關節(圖C)、踝關節(圖D)、肱骨和股骨(圖E 和圖F)、橈骨/尺骨和脛骨/腓骨(圖G 和圖H)、掌骨和跖骨(圖I 和圖J),整體都非常相似。
簡單解析一下幾個點:
具體來說,家貓和老虎的肘關節角度在支撐相(前50%周期)中,兩者的肘關節角度都保持在約135度左右,隨後在擺動相期間角度迅速減少,最低達到90度左右,然後在步態周期結束時恢復到接近135度。
在膝關節角度方面,家貓和老虎的變化趨勢也非常接近。兩者在支撐相的膝關節角度都保持在135度左右,擺動相期間角度減小到大約100度左右,然後恢復。
尤其是肱骨和股骨的角度變化在步態周期中的變化,家貓和老虎的幾乎一致。
不過,在某些細節上(如擺動相的腕關節和掌骨角度)家貓表現出略大的波動。這可能與家貓較小的體型和較高的靈活性有關,而老虎則表現出更穩定的角度變化,因為更大體型可以帶來更多的穩定性。
另外,不同體型的貓科動物在步態周期中的肩高和臀高變化非常一致,均保持在相對穩定的範圍內。其中,家貓和老虎在肩高和臀高上的表現非常接近,進一步說明它們在步態中相似。
參考
- ^ 包括辛辛那堤動物園、哥倫布動物園和其他野生動物保護中心。