水黽

有這樣一種昆蟲(chóng)，它們不僅能在水面快速滑行，還能奔跑、跳躍，而且不會(huì)因?yàn)閯澠扑娑鴿衲_。這種昆蟲(chóng)就是水黽。

水黽隸屬于半翅目黽蝽科，俗稱水馬、水蚊子、水蜘蛛、水板凳等，廣泛分布于世界各地的湖泊、池塘等靜水水域和流速緩慢的溪流，以掉落在水面的其他昆蟲(chóng)或者浮于水面的小型動(dòng)物尸體為食。成蟲(chóng)長(zhǎng)8～10毫米，軀干瘦長(zhǎng)，中胸發(fā)達(dá)，腹面呈灰色；3對(duì)足，前足粗短，具抱握作用；中后足細(xì)長(zhǎng)，向側(cè)方伸開(kāi)；6足的末端都覆蓋疏水剛毛；口器刺吸式，觸角呈線狀。

無(wú)論是通過(guò)快速劃動(dòng)來(lái)捕捉獵物，還是通過(guò)腿部振動(dòng)來(lái)感知危險(xiǎn)，水黽的每一個(gè)動(dòng)作都詮釋著微小生命的精巧演化。從靜水池塘到溪流緩波，它們用獨(dú)特的生存策略，演繹著屬于自己的生存奇跡。

“佛系”捕食坐等投喂

雖然與水有著親密無(wú)間的關(guān)系，但水黽無(wú)法在水里呼吸，只能浮于水面。民間常把水黽稱為“水和尚”，這可能是因?yàn)樗w的獵食方式比較“佛系”—靜靜地趴在水面，紋絲不動(dòng)又極具耐心地等待食物主動(dòng)上門。

受限于體形弱小，水黽很少主動(dòng)捕食，它們通常坐等獵物“自動(dòng)投喂”。當(dāng)蚊子、蜘蛛等昆蟲(chóng)不慎落水，或者水下的魚蝦、蝌蚪死亡后浮出水面，那就代表水黽的美食來(lái)了。這時(shí)，它們會(huì)以極快的速度沖向食物，用口器吸食食物。水黽不挑食，它們可以把能吃的各種食物吃得干干凈凈。

盡管水黽有著“水蚊子”的別名，其實(shí)并不叮咬人。水黽的天敵主要有魚類、鳥(niǎo)類、蜘蛛、蜻蜓幼蟲(chóng)等。雖然水黽會(huì)食用蜻蜓成蟲(chóng)的尸體，但蜻蜓幼蟲(chóng)（水蠆）對(duì)水黽有著更大的威脅。水蠆為肉食性，性情兇猛，喜歡捕食小型水生昆蟲(chóng)及其幼蟲(chóng)，甚至可以捕食小魚和蝌蚪，水黽自然也是它的捕食對(duì)象。如此看來(lái)，水黽并非天生喜歡靜靜待在水面，這也是它們?yōu)榱颂颖鼙徊妒车挠行娌呗裕吘挂坏┰谒骠[出點(diǎn)動(dòng)靜，就很容易引起包括水蠆在內(nèi)的捕食者的注意。

危險(xiǎn)交配與生命蛻變

春夏時(shí)節(jié)為水黽的求偶、交配期。交配前，雄蟲(chóng)會(huì)利用雌蟲(chóng)害怕在水面“鬧出動(dòng)靜”的特點(diǎn)，持續(xù)敲擊水面以激起微波來(lái)“脅迫”雌蟲(chóng)交配。為什么雌蟲(chóng)會(huì)害怕水面有動(dòng)靜呢？因?yàn)榻慌鋾r(shí)，雄蟲(chóng)在上雌蟲(chóng)在下，雌蟲(chóng)離水面更近，更容易遭到水下捕食者的攻擊。雖然交配會(huì)讓生命安全受到威脅，但并不是所有雌蟲(chóng)都會(huì)被動(dòng)接受。雌蟲(chóng)腹部有一個(gè)可以控制開(kāi)合的生殖盾，如果雌蟲(chóng)愿意接受雄蟲(chóng)的愛(ài)意，它就會(huì)用類似的頻率激起水波紋以回應(yīng)雄蟲(chóng)，然后打開(kāi)生殖盾，與雄蟲(chóng)完成交配?？梢?jiàn)，水黽的交配多是在冒著生命危險(xiǎn)的情況下進(jìn)行的，這份愛(ài)的結(jié)合確實(shí)很危險(xiǎn)。

水黽為不完全變態(tài)昆蟲(chóng)，經(jīng)歷卵、若蟲(chóng)、成蟲(chóng)3個(gè)階段。受精成功的雌蟲(chóng)會(huì)選擇在晴朗的日子將卵產(chǎn)在水草或落葉上。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的孵化，卵殼破裂，若蟲(chóng)孵化而出。若蟲(chóng)會(huì)先沉入水底，然后浮出水面，隨成蟲(chóng)一起活動(dòng)。經(jīng)過(guò)5次蛻皮后，若蟲(chóng)會(huì)變?yōu)槌上x(chóng)，在水面的活動(dòng)速度也會(huì)隨之提升。

“水上滑行冠軍”背后的科學(xué)秘密

雖然水黽平時(shí)都靜靜地趴在水面上，但一旦遇到美食或危險(xiǎn)，它們就會(huì)以極快的速度捕食或逃離，在此過(guò)程中還不會(huì)打濕身體。根據(jù)觀測(cè)，水黽的滑行速度可達(dá)1.5米每秒。難怪古人常將水黽稱為“賣油郎”—感覺(jué)它們的腳底就像抹了油一樣，能在水面快速跑跳而不濕身。

首先來(lái)看看水黽在水面快速運(yùn)動(dòng)而不濕身的原因。我們知道，力的作用是相互的。物體要運(yùn)動(dòng)，必須要先給其他物體一個(gè)作用力，然后在其反作用力下完成運(yùn)動(dòng)。水黽靠足支撐于水面，通過(guò)劃水完成運(yùn)動(dòng)過(guò)程，但它們的足又細(xì)又長(zhǎng)，按理說(shuō)，受力面積小、壓強(qiáng)大，劃水時(shí)應(yīng)該打濕身體才對(duì)，為何它們能健步如飛而不濕身呢？這主要得益于水黽足部和腹部特殊的剛毛。這些剛毛的平均直徑只有幾微米（人頭發(fā)的直徑為60～100微米），眾多剛毛按同一方向排列并呈螺旋狀聚在一起，通過(guò)吸附空氣以形成氣膜，使其足部能支撐超過(guò)自重十幾倍的重量。同時(shí)，水黽腹部密布的剛毛也有一定的疏水性，讓水無(wú)法沾濕水黽的身體。也就是說(shuō)，細(xì)密且疏水性的剛毛是水黽能輕松浮于水面且不會(huì)濕身的秘密所在。當(dāng)然，水的表面張力也是保證水黽能在水面行動(dòng)自如的物理因素。表面張力指液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，液體溫度越高，表面張力越小。

接著來(lái)看看為何水黽在水面滑行的速度會(huì)如此快。水黽主要通過(guò)滑動(dòng)中足完成水上運(yùn)動(dòng)，它們的中足特別長(zhǎng)，具有強(qiáng)大的推力，承擔(dān)著“驅(qū)動(dòng)足”的功能；前足和后足則主要起感知水體振動(dòng)和保持平衡的作用。在三對(duì)足的配合下，水黽能輕松推開(kāi)300倍于自身體積的水量。加上足部和腹部剛毛賦予的疏水性和水的表面張力，水黽才能以極快的速度沖向食物或躲避天敵的捕食。當(dāng)然，也正是憑借著細(xì)長(zhǎng)的中后足，水黽才能輕松在水面跳躍，它們跳躍的高度通常有三四十厘米。

水黽是淡水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物種，能通過(guò)分解有機(jī)質(zhì)參與物質(zhì)循環(huán)。對(duì)水黽生物學(xué)特性的深入研究，不僅利于揭示微觀尺度下的流體力學(xué)規(guī)律，更為仿生?料與微型機(jī)器人設(shè)計(jì)提供了重要啟示。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所微納米課題組曾從水黽身上獲得靈感，結(jié)合聚二甲基硅氧烷、石墨烯、磁性顆粒等制備了具有光響應(yīng)、磁響應(yīng)及超疏水特性的復(fù)合?料，研制出的仿水黽微型機(jī)器人可以完成水面快速游動(dòng)、跳躍及翻滾等動(dòng)作。隨著研究的深入，新型水黽仿生機(jī)器人有望在水處理、水上運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到應(yīng)用。