为什么苍蝇能在轻质玻璃上直立行走?真相令人厌恶,但我没想到它会如此先进

你有没有想过为什么苍蝇可以在光滑的垂直物体表面自由行走,比如玻璃和领导者的头部?如果苍蝇的腿能“吸吮”物体的表面,那么当我们伸手去战斗时,为什么它们能轻易地飞走,似乎忽略了这种“粘性”

这个问题在过去30年里才得到可靠的回答。看完这个哕 / Yuě/答案是,尽管你可以握紧向苍蝇挥舞的小拳头,但你不能不感叹他们拥有的国王轰炸技能人类一直对昆虫,尤其是苍蝇能够飞越屋檐和墙壁的问题感兴趣。最早的学术研究可以追溯到17世纪

没有人会怀疑苍蝇“爬树”的技能是靠它们的脚成长的。研究人员还对苍蝇的脚技能提出了各种解释,如苍蝇脚的特殊抓取力、脚上的静电等等。小果蝇可以随意爬上垂直的玻璃试管壁。资料来源:doi.org/10.1038/s42003-020-0995-0

1862年,英国昆虫学家塔芬·韦斯特(tuffen West)指出,人们反复研究了蝇脚问题。许多人认为这个问题已经得到了完美的解决,没有什么值得探讨的问题,但到了20世纪80年代,情况发生了逆转。1983年,大英自然历史博物馆的研究员奈杰尔·E·斯托克一个接一个地驳斥了过去的理论。鹳发现苍蝇的“足毛”和“足汗”是关键

是的,苍蝇不仅有足毛,而且还出汗。请在电子显微镜下观察苍蝇美丽而浓密的足毛。资料来源:Stanislav Gorb

我们应该全面而动态地看待问题-

正如你在图片中所看到的,事实上,昆虫主要依靠“手和脚”两种身体结构,第一种是跗关节的脚和脚(类似于人类的手和脚),第二个是脚和脚上的毛发(类似于手和脚上的汗水)

一对Mo fly的爪垫(5中提到的圆圈)。图片来源:维基百科

特别是新出现的双翅目昆虫(如苍蝇)的毛足看起来像吸盘。这种生物装置被称为pulvilli。它们的爪垫上也有“脚毛”,也就是鬃毛,这种脚毛与我们的脚毛不同。苍蝇的脚毛粘在你的铲子上,看起来像一个较小的爪垫。此外,果蝇的每根足毛都是由表皮细胞发育而来,表皮细胞非常纤细,铲形的足毛(刚毛,浅蓝色)是果蝇在垂直表面吸附的关键因素之一。图片来源:北海道大学教育学院

每个爪垫上有30英尺长的毛发。生长如此多的脚毛的主要目的是增加接触面积,从而增加吸力。但是如果脚上没有汗水,苍蝇就不会有如此强大的爬墙能力

鹳指出,由苍蝇脚上的汗水和范德华力(分子和原子紧密结合的吸引力)产生的毛细作用可以提供巨大的吸力。如果苍蝇在硅胶上行走15-30分钟,让硅胶吸收脚上的汗水,它们将无法在光滑的表面上行走

图片来源:维基百科

因此,当苍蝇行走时,它们会一路留下汗水和脚印。2015年,Aus Knapp Luc和基尔大学的研究人员发现,果蝇会在脚的形状上留下清晰的汗珠。p>

然而,我们不知道苍蝇的脚汗是从哪里来的。这个问题直到1998年才得到回答,那一年,斯坦尼斯拉夫n。德国马克斯·普朗克研究所的研究员戈布和他的同事利用电子显微镜发现了飞脚毛的秘密。事实证明,脚汗不是从爪垫流出的,而是从脚毛的顶端(刚毛的末端)流出的。他猜测,当苍蝇的脚压在物体表面时,脚上的汗水会像感应洗手液一样被自动挤出,而当苍蝇起飞时,脚上的汗水会被部分回收。有趣的是,他发现苍蝇行走时,它们的脚毛在物体表面相对静止,没有滑动摩擦。换句话说,当苍蝇行走时,它的动作就像它的脚在吸盘上一样。Gorb后来在2006年发现苍蝇有三种消除粘性的动作:推、扭和拉,就像人类争吵一样。其中,拉动动作是最省力的

在这里,苍蝇可以轻松避免飞越屋檐和墙壁的问题已经得到解决:苍蝇的脚毛和脚汗提供了与物体表面平行的强大吸附力。然而,由于脚毛和脚汗产生的毛细作用和范德华力需要靠近物体表面才能工作,只要苍蝇轻轻抬起腿,这两种力就会自动消散,粘性就会消失。这就是飞脚的太空舞步是如何产生的如果你还不了解飞脚的力量,看看人类恢复飞脚的效果吧。看,飞脚是这样使用的:如果你沿着物体表面拉,很难把它拉开;但是,如果使力垂直于物体表面,则可以轻轻提起释放力-

图片来源:请参见水印这是由美国国家材料研究所(NIMS)制作的相同的脚毛通过研究果蝇足毛的形成过程,他们之所以能产生与“搓手”相同的足毛,是因为他们仔细观察了小果蝇足毛(seta)的发育过程果蝇及其发育过程的研究。图片来源:见水印

事实上,这种非凡的足毛是在果蝇宝宝的变态过程中产生的,足毛的培养只需要两个步骤:将成为足毛的表皮细胞不断拉长,然后是蛋白质(肌动蛋白)堆积在细长细胞的顶部,形成铲状物。通过这种方式,一个细胞发育成一根脚毛

受果蝇脚和脚的发育规律的启发,他们用低匹配材料制造了强大的工具,粘在像果蝇脚和脚这样的人身上:脚毛是拉长的尼龙丝,脚汗是海藻酸钙。将两根尼龙长丝浸泡在海藻酸钙溶液中,然后将其拔出。整个过程可以在室温下方便地进行

制作相同的苍蝇脚毛的过程非常简单。将两根尼龙线浸泡在海藻酸钙溶液中并拔出。图片来源:见水印

根据他们的计算,一把横截面积为9平方厘米的铁锹可以举起一个体重60公斤的人,但只要朝正确的方向拉,铁锹就可以一键掉下来,可以重复使用

,许多人类制造的粘性材料,如文具胶,都是一次性的,刮擦后不能再使用。但是飞脚是不同的。虽然它们很粘,但它们可以反复粘在各种表面上,很容易飞走。如果这个仿生工具能够实现大规模生产,人类或许能够减少大量垃圾和污染

封面来源:皮克斯湾

参考资料:

https://docs.qq.com/doc/DVGNGc3pQcW5DZnNT

作者齐军

来源:将科学带回家

编辑:paarthurnax


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