高速摄像机显示蛆虫可形成“瞬态腿”以跳跃到空中

2019年08月12日 11:30 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

尽管很难想象蛆虫等蠕动爬行的动物拥有跳跃相关的能力,但杜克大学的科学家们,还是对黄花瘿蚊的幼虫进行了一番细致的观察。由高速摄像机拍摄的画面来看,这种蛆虫确实能够跃过远超其身体长度的距离,这就是所谓的“瞬态腿”功能。此前,科学家们已经通过现代高速摄像机捕捉过许多有趣的生物学知识,比如研究毒蛇、闪电、甚至人类是如何打喷嚏的。

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科学家不断向自然界寻找灵感(图自:杜克大学,via New Atlas

杜克大学的这项研究,希望揭示可追溯到几十年前的一个神秘理论,即黄花瘿蚊的幼虫,到底是如何上演这般跳动的杂技的。

科学家称,其实早在 50 年前,大家就已经知晓了无腿幼虫的跳跃能力,只是不清楚它们到底是如何弹离地面的。

集合高速摄像技术与扫描电子显微镜,现在我们终于得以揭开其中的一些秘密。该研究团队使用了每秒 20000 帧的摄像参数,并经历了无数个小时来采集素材。

Leaping Larvae(via

观测期间,这种微小的蠕虫经常跳出了框架,最远距离甚至可达自身体长的 30 倍。镜头显示,它们可以卷曲身体,将头部和尾巴形成一个环状的弓形。

为实现这一点,蛆虫会将皮肤粘合到一起,将体内的流体聚集在尾部,直到粘合剂断裂。此时,铰链机构大约在其身体上方的三分之一处起到了“瞬态腿”的作用。

在释放的一瞬间,其力道可以传递到地板、推动蜗杆并飞向空中。此外电子显微镜图像显示,其皮肤粘性部分呈指状鳞片状,与壁虎脚上的粘性表面极其相似。

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电镜扫描下的鳞片结构(图自:Duke SMIF / Grace Farley)

显然,这可以让蛆虫实现粘性互锁,利用类似壁虎的微弱电磁吸引力。至于蠕虫为何选择将自己弹射到空中、而不是简单地爬过水面,科学家猜测这种运动方法的能量效率是后者的大约 28 倍。

当然,弹跳的技能也可带来其它益处,比如让蛆虫更好地躲避捕食者。最终,这项研究不仅加深了我们对无腿幼虫和其它昆虫的类似动作的理解,还为软体机器人研发提供了新的指导。

有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《实验生物学》(Journal of Experimental Biology)期刊上。原标题为:《Adhesive latching and legless leaping in small, worm-like insect larvae》

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