貓咪從高處跌落為何總能四腳著地？新研究解釋背後奧祕

為什麼貓從高處跌落總能穩穩落地？科學家已就此問題爭論許久──至少 1700 年開始就進行各種實驗釐清背後機制。最近日本科學家發現，一切奧祕歸功於貓科胸椎比腰椎更柔軟。

「貓翻正反射」是一種複雜動作，也是貓咪與生俱來的本能，指自由落下的貓能瞬間調整自身姿勢永遠以腳朝下著地，但根據「角動量守恆定律」，如果一個物體（貓）在空中沒有外力作用，且初始狀態未旋轉（角動量為零），那麼物體（貓）在空中應該不能突然旋轉。

為解釋貓翻正反射過程不違反角動量守恆定律的物理學稱為「落貓問題（Falling cat problem），現代研究主要有 2 種理論解釋貓翻正反射現象。

貓如何在空中扭轉身體

第一個為 tuck and turn 模型，原理類似花式溜冰選手縮緊手臂以在冰上更快速旋轉，該模型假設貓咪在空中將身體分成前後兩半控制，首先把前腳縮緊到胸前、後腳伸直，讓上半身「轉動慣量」變小，接著貓咪利用肌肉稍微扭動，由於上半身轉動慣量小，因此上半身轉得快、幅度大；而下半身轉動慣量大，只會反向轉一點點（維持總角動量為零）。

接著貓咪反過來把前腳伸直、後腳縮緊再次扭動，經過快速的「縮放與扭動」交替，貓咪就能在空中累積淨轉動，最終讓四腳朝下。

該模型雖然物理上說得通，但高速攝影機觀察結果顯示，貓咪實際上並未明顯做出這些像花式溜冰的大幅縮放動作。

▲ tuck and turn 模型示意圖。（圖片來源：AI 生成）

第二個為 Bend and Twist 模型，該模型假設貓咪會分段扭動（想像上半身和下半身變成相對彎折的 2 個圓柱體），貓在空中先將身體大幅度彎曲成 V 字型或 U 字型，再利用強大脊椎肌肉讓上半身、下半身沿身體中軸線進行相對「扭轉」，這種運動會產生錐體效應。

巧妙之處在於雖然上半身和下半身的扭轉角動量互相抵消（總角動量為零），但因身體彎折角度大，整個系統方向發生改變，因此貓咪不需初始旋轉動量，只要彎曲身體在內部進行扭轉，就能在空中翻轉姿勢，符合角動量守恆定律也符合高速攝影機觀察結果，是目前最讓人接受的物理模型。

貓咪胸椎比腰椎靈活

最近，日本山口大學生理學家 Yasuo Higurashi 團隊解剖死貓分析身體構造、測試活貓自由落體的新實驗，進一步支持 Bend and Twist 模型。

簡單來說，研究人員發現貓咪脊椎上半部（胸椎）靈活度比下半部（腰椎）高，且胸椎有一區域幾乎可扭轉近 50 度，與此同時腰椎變得相對剛硬，做為平衡前半部的穩定器。

影片證據也顯示貓在空中轉正時，由於胸椎靈活、身體前部較輕，通常先將頭與前腿轉向地面，隨後才轉動後半小腿。

實驗還發現貓咪胸椎能像人類脖子一樣旋轉，上椎骨扭轉幅度達 360 度；此外，貓和許多動物一樣似乎也有右撇子趨勢，在活貓自由落體實驗中，其中一隻貓落下 8 次向右轉 8 次，另一隻貓落下 8 次向右轉 6 次。

新論文發表在《Anatomical Record》期刊。

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（首圖來源：pixabay）