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飛行界的王者:蜻蜓,科學家研究多年仍未完全搞清其奧秘

蜻蜓是一種肉食性昆蟲,一般是以蚊、蠅等害蟲為食。不過,蜻蜓給人的感覺非常低調,一般人對其的了解也僅限于此。但實際上,它還是飛行界的王者,存在時間已達到上億年之久,而科學家至今都未能完全搞清其奧秘。

蜻蜓

雖然人類已經是生物鍊的頂端,但地球中的不少生物出現的時間要比人類更早,昆蟲就屬于其中一類。特别是蜻蜓等就屬于相對原始的昆蟲,目前人們發現的蜻蜓化石來自于3.2億年前,比恐龍出現的時間還要早。而且因為當時地球含氧量比較高,所以數億年前的蜻蜓體型明顯更加誇張,比如美國境内曾經發現過生活在二疊紀早期的蜻蜓化石,其翼展已經達到了0.71米。

蜻蜓化石

如今的蜻蜓體型早已不比當年,但種類還算豐富,共有5000多種,其中我國國内主要分布了250多種。

飛行王者的小秘密

雖然現如今的蜻蜓體型不大,但是在飛行能力上的表現極為突出,每小時能夠達50公裡。尤其是有一種叫做黃蜻的蜻蜓飛行能力更加強悍,可跨越5000多公裡,有很多比其體型要大許多的鳥類都做不到這一點。

黃蜻

如果大家有近距離觀察過蜻蜓應該知道,蜻蜓的翅膀薄如蟬翼,這也讓其飛行速度和距離顯得更加誇張。關于這一點,曾經有科學家研究過,雖然蜻蜓的4隻翅膀最薄處小于二微米,但其構造并不簡單,主脈是四邊形的網絡,次脈則是主要由五邊形和六邊形網絡組成,這保證了蜻蜓翅膀的韌性更強。

蜻蜓翅膀

另外,蜻蜓的翅膀上還有兩個非常特别的結構:翅痣(翼眼)。從外觀上來看,此處的顔色明顯要比别處更深,事實上,翅痣不僅僅是顔色深,重量也要比别處更大,其主要目的就是為了保證蜻蜓飛行的平穩性。曾經有研究人員嘗試去掉蜻蜓的翅痣,但去掉之後,蜻蜓飛行時就如同醉漢一樣東倒西歪,完全沒有之前那樣靈巧。

翅痣

相信很多人都聽說過蜻蜓點水這個詞,這其實是蜻蜓産卵的過程。一般來說,蜻蜓會把卵直接産到水中或者是水草上,其孵化出來的幼蟲往往被稱為水虿,這是一種非常兇猛的幼蟲,甚至可以直接捕食小魚或者蝌蚪。但不知道大家有沒有想過一個問題,蜻蜓就不怕在産卵的過程中會被水打濕翅膀,導緻受傷甚至是直接墜入水中嗎?這個問題在科學家們用電子顯微鏡觀測的蜻蜓翅膀的表面結構後就迎刃而解了。

蜻蜓的生命循環

因為通過顯微鏡觀察可以發現,蜻蜓翅膀的表面都是極其微小的柱狀結構,所以蜻蜓翅膀不僅不怕水也同樣不怕灰塵。這就給蜻蜓的飛行減少了許多阻力,進一步保證了它的速度。當然,如果隻是這樣,還不能把蜻蜓冠以“飛行王者”的稱号,這就要提到今天在飛行時的另一個特點:随時急停。

随時急停

作為飛行類昆蟲,蜻蜓在空中的表現的确是過于靈巧,他可以向空中任何一個方向飛行,随時轉換方向甚至是直接停在空中。這也是讓許多科學家一直疑惑不解的地方。目前可以知道的是,蜻蜓的這種飛行特性與4隻翅膀互不幹擾有關。和人們一般的認知不同,在進行飛行的過程中,四肢翅膀的運動軌迹并不一緻,蜻蜓完全可以根據自己的想法随時調整方向。

四個翅膀方向不一緻

這是因為每一隻翅膀都是不同的肌肉控制。而當後翅領先1/4周期的時候,它就可以直接停在空中;如果是比前翅提高了90度,就可以高速飛行;如果所有的翅膀突然同步,就可以實現急轉彎。我們隻能大緻解了蜻蜓飛行的小技巧,但以我們目前的技術來看,想要全部将其實現并不容易。

仿生學和蜻蜓

在人類的發展曆史中,仿生學起到了很大的作用。簡單來說,仿生學是科學家們通過研究生物體的結構與功能的原理發明創造出新的設備。然而科學家研究多年仍然未能搞清全部奧秘的蜻蜓成為了仿生學的“座上賓”。

仿生機械

到目前為止,人類利用仿生學研究蜻蜓并發明出來的設備已經不計其數。其中一個比較典型的例子是通過蜻蜓的翅痣所研究出來的平衡重錘。這種設備是被用于飛機機翼, 以此避免飛機因為快速飛行而造成機翼斷裂事故。2015年的時候,德國還利用蜻蜓的飛行特性打造了一款仿生飛行器,這個飛行器的外觀看起來就像是一個放大版蜻蜓,使用者可以通過手機或者是遙控器操作,而且從演示情況來看,這款飛行器的實際表現還是相當不錯的。

複眼

不過,雖然人類已經研究出并利用了一些蜻蜓特性,但這種小小的昆蟲給我們帶來的啟迪還有很多。不過這就需要科學家們進一步研究并将其實現。有很多問題科學家還沒研究清楚,比如說蜻蜓的眼睛,雖然很多昆蟲都有複眼,但蜻蜓是眼睛最多的昆蟲,甚至連向後看的時候都不必轉頭。但是這還不是蜻蜓複眼所擁有的最神奇的功能,因為他們的複眼居然還能夠直接用于測速,進而保障了蜻蜓的捕食效率,使捕食成功概率高達90%-95%。

蜻蜓的複眼

可以說,蜻蜓如今之所以會讓那麼多科學家着迷,是因為如果能夠在它身上的秘密全部破解,肯定能研發出更多有利于人們生活的設備。

結語

其實不僅僅是蜻蜓,有很多生物都可以作為人類的老師,像是如今被用于建築、航天飛機甚至是衛星制造的蜂巢式夾層結構闆,就是專家們通過蜂巢得來的靈感。這也難怪仿生學應用越來越廣泛,涉足的領域也變得越來越多。

蜂巢結構應用

不過,我們除了要研究出原理之外,還要通過多次實踐,才能逐漸落實每一個想法,這其中就離不開科學家們的努力和付出。蜻蜓身上的謎題還有很多,在未來人類終究會将解開所有謎題。

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