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蚊子的翅膀:“High歌”奏鸣曲

虫虫科学咖啡馆 2022-07-27 15:54:06


黄昏时令,群蚊齐鸣,竟会“动聚众而成雷”,让人诧异!而夜晚床头边蚊子不厌其烦地”嗡嗡嗡,哼哼哼,香香香‘’的一曲“High歌",更是让人夜不能寐!抓狂有没有!!在昆虫界最讨厌“金嗓子”评比中,如果蚊子当第二,没谁敢当第一。



如果你认为蚊子用“嗓子”唱出了“靡靡之音”,那你就错了,蚊子在停落时可是“哑口无言”,一旦展翅起飞时,才会“引吭高歌”。在蚊虫身上找不到所谓“嗓子”这个器官,那么,哼哼哼和蚊雷声又是从何而来的呢?跟随“呱儿子”一起探索这个秘密。




1

蚊子“声音”的秘密

从只有飞行的蚊子可以“亮嗓”,判断这个秘密一定是在翅上。果然不错,在昆虫界,许多昆虫是依靠翅翼不断地振动而发音的。蚊子,属于昆虫纲双翅目蚊科,应该有两对翅膀,但看到的蚊子只有一对翅膀啊,原来另一对退化为平衡杆。一般蚊子飞行时每秒翅膀震动数百次左右,使我们在蚊子飞行时会听到“嗡嗡”的声音。

蚊子的翅膀


上图是蚊子翅膀的创意模式图,侧图是蚊子翅膀下方凸起的结构平衡杆。



2

蚊子翅膀的秘密

Smart wing rotation and trailing-edge vortices enable high frequency mosquito flightBomphrey, Richard J., et al. Nature 544.7648 (2017): 92-95.


相对于其尺寸而言,蚊子的翅膀长而细,振动速度较快,为了研究蚊子的翅膀,科学大牛们从3个蚊子个体中抽取蚊子翅膀的结构并做成了面网格,蚊子身体通过相机画了若干个椭圆,然后通过立方样条生成蚊子身体的面网格。


a: 蚊子翅膀的几何结构,b:蚊子翅膀的面网格,c:蚊子身体的椭圆切片,d:蚊子身体的面网格。


蚊子起飞除了通过前缘涡产生升力之外,还采用另外两种空气动力学特性:后缘涡以及利用翅膀转动产生的一种升力机制。在视频中我们一起看看大牛们研究的蚊子翅膀如何摆动。




3

蚊子“恋爱”的秘密


蚊子兄谈“恋爱”,靠的不是“颜值”,而是翅膀震动频率,也就是所谓的“亮嗓”。雄蚊靠翅振频率向雌蚊发出求偶信号,“相中眼”的雄蚊和雌蚊飞离,交配活动由雄蚊受到雌蚊飞翔发音的吸引开始,雄蚊有了反应,从上方抓握雌蚊,进行交尾。



蚊子交尾示意图


由于不同蚊种的翅振频率不同,所以不至于找错对象。通常同一种的雄蚊高于雌蚊,老蚊高于新蚊,每秒钟的翅振频率大致变化在150~700次之间。例如埃及伊蚊的雄蚊每秒翅振467次,雌蚊每秒为353~603次;淡色库蚊的雄蚊每秒490~670次,雌蚊则为320~365次;按蚊的雄蚊每秒翅振330次,而雌蚊则每秒只有165~274次。



4

蚊子“砸不死”的秘密

本部分内容节选自微信公众号放毒,作者毒少,为什么蚊子不会被雨砸死?


2015年菠萝物理奖颁给了美国佐治亚理工学院胡立德教授的研究组,以表彰他们发现了蚊子不会被雨滴砸死的诀窍 ,为什么呢?



水密度是1.0×10³千克/米³,质量是蚊子的 50 ,对于蚊子来说是巨大了。如果水滴从空中落下来,再算加速度,一滴雨滴刚好砸到蚊子身上,这好比一辆踩满油门的汽车撞向人。



如果是一场大雨,理论上:一只蚊子每25秒就要被车撞一次......



就算如此,蚊子依然毫发无损。为什么呢?


首先要从几米高的距离外让雨滴开始加速并准确“击中”蚊子简直是不可能的任务。



就算有机会打中它的翅膀或腿部。蚊子会向击中的那一侧倾斜,并做出高达50度的高难度“侧身翻滚动作”让雨滴从身侧滑落。



借力泄力,没想到太极被蚊子运用的真彻底!

如果雨滴正中红心,直接打到蚊子身体。蚊子先顺应雨水强大的推力与之一同下落,随之迅速侧向微调与雨滴分离并恢复飞行。




真是绝世高手。。。


因为蚊子采用“不抵抗”战术,借助体重轻的优势,蚊子受到的冲击力就减小为自重的50-300倍相当于在蚊子身上压了一根羽毛蚊子就像坐过山车时一样,虽然内心是崩溃的,但是相当享受。



反过来说,如果蚊子反抗的话,跟着雨滴一起砸在地面上,那么等同于蚊子体重10000倍的力在蚊子身上,跟绑着石头跳楼也没两样了,肯定“挂了”。


5

蚊子“飞向高层”的秘密


蚊子飞行能力受湿度、气压、海拔影响非常大,在无风的条件下,蚊子一次性可以飞行的垂直高度大约在10米左右。虽然蚊子属于近地生物,一般不喜欢高层的,但是现在有电梯存在,蚊子不但可以‘乘’电梯,还可以通过各种交通工具远距离旅行,为疾病的传播带来便利。但随着城市楼层越建越高,蚊子也在慢慢适应,繁殖空间在起点上也抬高了。比如在6楼安家的蚊虫,经过繁衍,其后代就会以此楼层为起点继续攀升,一代代“更上一层楼”。不过,蚊子们也没有那么崇高的“理想”,为了创造世界吉尼斯飞行高度记录而拼命往上飞,它们只是为了“生存”而飞行。


如果还想听蚊子的““High歌””,让自己的耳朵产生免疫力,不怕不怕啦,这段视频绝对适合,声音比动画还好。





“呱儿子”见识了蚊子在飞行中“恋爱”,“造娃”,更见识在飞行中“以柔克刚”本领等。对于蚊子飞行的认识和了解,在为人类和蚊子斗争中提供了很大帮助,如何选择“武器”对付飞行中的蚊子,让足量“弹药”能击中蚊子,“呱儿子”给疾控君打call了,疾控君要回答问题越来越多了, 天气越来越热,疾控君责任也越来越大......


本文部分图片、文字、视频来自网络内容, “为什么蚊子不会被雨砸死?节选自微信公众号放毒,如有侵权,请联系删除

公众号:虫虫科学咖啡馆

作者:王飞

中华预防医学会媒介生物学及控制分会

蝇类防治学组委员(第六届)

上海市媒介生物预防与控制专业委员会委员



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