昆蟲翅膀 功能神奇

忠東

昆蟲種類繁多、形態(tài)各異。隨為無脊椎動物中唯一-有翅膀的動物，盡管飛行主要依靠胸部在橫截面的形變而不是翅膀本身，但是其構(gòu)造仍隱藏著許多秘密。除了飛行，翅膀還能起到保護蟲卵、偽裝、警告對手和吸引異性等作用。

飛行利器

昆蟲王國有不少飛行高手，蜻蜒更是其中的佼佼者。它雖然與蜜蜂和蟬一樣有著兩雙翅膀，但是飛行能力更加出色。因為蜜蜂和蟬在飛行時翅膀是全部一起振動的，而蜻蜒的翅膀是分別振動的。由于翅膀的平均振動次數(shù)少于其他昆蟲，所以飛行速度提高了不少。比如蜜蜂可以在1秒鐘內(nèi)飛行4.5米，振動250次翅膀，蒼蠅在1秒鐘內(nèi)飛行4米，振動100次翅膀，而蜻蜒只需要在1秒鐘內(nèi)振動38次，就能夠飛到9米遠的地方。

蜻蜓的翅膀僵硬而且紋理很多，這種特征其實代表了早期的翅膀類型。翅膀最初是作為昆蟲身體的突出物用于保持滑行時身體的穩(wěn)定性，為這些突出物提供營養(yǎng)的循環(huán)系統(tǒng)最終變成了現(xiàn)在翅膀上的紋理。力學研究發(fā)現(xiàn)，雖然蜻蜓的翅膀相對較為原始，質(zhì)薄而輕，質(zhì)量只有0.005克，但是得益于有翅結(jié)和翅痣兩個特殊結(jié)構(gòu)，它追趕昆蟲的速度可以超過每秒9米。

蜻蜒有不少飛行絕技。它可以通過振動翅膀產(chǎn)生局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。它們能翱翔，在飛行中常常輪流振動前翅和后翅，突然又伸直雙翼滑翔飛行，偶爾也只振動前面的雙翼，而將后面的一對翅膀平靜地伸展著。蜻蜒不但能向前飛行，而且可作反向后退飛行，還能振動翅膀懸停在空中，甚至在捕殺獵物時，它們還可以作短距離的垂直飛行。此外，蜻蜒的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打，科學家據(jù)此結(jié)構(gòu)研制成功了直升機。

蜻蜓的翅膀之所以能夠支撐它們進行高速飛行，在于每一片翅膀前緣上方都有一塊加厚的深色角質(zhì)層——翅痣，能夠讓身體加重，消除顫振，飛行的時候不至于太飄。如果去掉翅痣，蜻蜒雖說不會喪失飛行能力，卻會影響翅膀振動的正確性，使它們變成“醉漢”，搖搖晃晃，飄來蕩去。氣動彈性力學中的顫振現(xiàn)象會使高速飛行中的飛機機翼斷裂，造成機毀人亡?？茖W家從蜻蜓那里得到了啟示，仿照翅痣，在飛機機翼盡端的前緣部位設計了加厚部分，焊上鉛重錘，于是戰(zhàn)勝顫振，保證快速飛行的安全，解決了困擾飛行事業(yè)的一道難題。

善于平衡

蒼蠅只用一對前翅飛行，一對后翅已退化成啞鈴狀的平衡棒。這對小棒能使它們飛行時保持身體平衡并隨時糾正航向，不至于在原地兜圈子。研究人員用儀器測量到平衡棒的振動頻率跟前翅一樣，但方向相反，蒼蠅在水平飛行的時候，平衡棒起穩(wěn)定和平衡的作用。如果航向偏離，平衡棒振動平面的變化就被它的感受器所感知，并由神經(jīng)傳到腦部。腦部分析了這個偏離的信號后，就向一定部位的肌肉組織發(fā)出“命令”，立即糾正航向。

蒼蠅飛行時翅膀每秒振動上百次，有利于平衡棒產(chǎn)生某種奇妙的陀螺效應，從而使身體保持平衡。平衡棒能夠感知空氣中微小振動，使得蒼蠅能夠迅速做出反應，躲避敵害。我們打蒼蠅之所以經(jīng)常失敗，是因為我們一動就會帶動空氣氣流，蒼蠅馬上發(fā)覺。

根據(jù)蒼蠅的導航原理，科學家成功研究出了一種新型的“振動陀螺儀”，裝在飛機、艦艇、火箭等大型機器上。它的主要部件像把音叉，是通過一根中柱固定在基座上的，裝在音叉兩臂四周的電磁鐵使音叉產(chǎn)生固定振幅和頻率的振動。如果機器偏離航向，音叉基座和中柱會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，中柱的彈性就會將這一振動波轉(zhuǎn)變成一定頻率的電信號波，傳送到轉(zhuǎn)向舵的接收器上。這樣一來，航向就會被立刻糾正過來，避免失衡及翻滾之類的危險發(fā)生。在此基礎(chǔ)上，一種高效能的“蠅式飛機”誕生了。

巧妙偽裝

蝴蝶翅膀就像飛機的兩翼，可以利用氣流向前飛進。翅膀圖案豐富多彩，但這不僅僅是讓人欣賞的，還能用來隱藏、偽裝和吸引配偶。

貓頭鷹蝶是一種常見的大型蝶類，之所以如此命名，源于其翅膀上的圖案。下層兩側(cè)翅膀上巨大的眼狀斑紋酷似貓頭鷹的臉，會讓捕食者誤認為正有一雙大眼睛在兇狠地瞪著自己。這是貓頭鷹蝶高超的擬態(tài)本領(lǐng)，這種神態(tài)會令其他動物不由得產(chǎn)生畏懼心理，逃之夭夭?，F(xiàn)在也有生物學家認為，這可能是作為誘餌讓捕食者襲擊它們的翅膀而不是易受傷的身體。

中美洲的巴拿馬到墨西哥之間生活著一種小巧玲瓏的透翅蝶。它們的翅膀薄膜沒有色彩也沒有鱗片覆蓋，翅脈間的組織是透明的，看上去像玻璃一樣，因此得名。這是透翅蝶的“隱身術(shù)”，透明度有助于它們輕易地逃離捕食者的視線，“消失”在森林里。

擬態(tài)是指某些動物在形狀、色澤、斑紋等外表特征上與其他生物或非生物相似的現(xiàn)象。它是自然界生物的一種適應現(xiàn)象，是長期自然選擇的結(jié)果，因此它對生物的生存有著十分重要的意義。貓頭鷹蝶是一個例子，還有透翅蝶，其翅膀上黃黑相間的條帶使它看上去像胡蜂，不容易被天敵發(fā)現(xiàn)、捕捉，是生物適應環(huán)境以利生存的一種行為。

科學調(diào)溫

幾億年來，昆蟲成功滲透到地球的每個角落。它們的奇妙之處在于形態(tài)、行為和適應性有著驚人的多樣性。為了產(chǎn)生飛行所需的所有能量，昆蟲必須擁有快速代謝率，這些反應在控制翅膀的肌肉中產(chǎn)生能量，也形成大量的熱量。昆蟲降溫的一種方式就是飛行，飛行增加了血淋巴循環(huán)。血淋巴是昆蟲體內(nèi)的一種液體，類似于人體血液，它將熱量散發(fā)至全身各處，來自昆蟲胸部的熱量（翅膀所在的位置）被傳遞至腹部，腹部的熱量通過蒸發(fā)逐漸流失。

這樣，昆蟲腹部就像一個散熱器，冷的時候可以“儲存”熱量，太熱的時候就像一個熱量分配器。

昆蟲在寒冷的條件下會消耗熱量，但是低溫也不利于飛行，因為在低溫條件下，飛行所需的新陳代謝反應不夠快。為了克服這一點，昆蟲會進行一些“熱身運動”，比如用力地前后拍打翅膀。該行為類似于顫抖，目的是在不飛行時產(chǎn)生取暖的熱量。如果身體暖和了準備起飛時，它們會在起飛前幾分鐘將“引擎”加速。