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科學家怎麼發現蜻蜓成為飛機的

生活 更新时间:2025-01-31 01:22:37

雌蜻蜓有一個十分可愛的技能,如果她遇到了特别不喜歡的雄性的追求,它會躲到濃密的植物叢中,實在躲不掉的,它就會選擇裝死,從空中直挺挺地摔到地上,等到追求者走遠了它再“活”過來。這麼有趣又聰明,真的是飛舞在我們童年記憶的那個蜻蜓嗎?

科學家怎麼發現蜻蜓成為飛機的(有人說蜻蜓是外星生物)1

蜻蜓是世界上最特殊的昆蟲。它的獵食成功率遠遠高于獵豹、老虎等猛獸,但它們中的16%仍然處于瀕臨滅絕的狀态。蜻蜓現存8106種,其中1730種都不被人類所熟知,想保護都沒有辦法。

目前人類已知的最早的蜻蜓叫做巨脈蜻蜓,說來奇怪,3.2億年前,巨脈蜻蜓就和現在的蜻蜓長得一模一樣了,隻不過體型卻有着非常大的懸殊,導緻很多人都說蜻蜓是外星生物,是進化界的天花闆。

巨脈蜻蜓滅絕

巨脈蜻蜓又叫巨尾蜻蜓和大尾蜻蜓,它是世界上最古老的昆蟲,以至于在2.5億年前的二疊紀就已經滅絕了。1880年,法國一個煤炭工人挖出了一塊巨脈蜻蜓的化石,這種神奇的物種才開始引起人們的注意;1979年,在英格蘭也出土了一塊巨脈蜻蜓化石,現存于法國國立自然史博物館。

科學家怎麼發現蜻蜓成為飛機的(有人說蜻蜓是外星生物)2

之所以給它命名為巨脈蜻蜓,是法國的古生物學家查爾斯在看到這一條長達75厘米的翅膀之後,想出來的最貼切的詞。而現代蜻蜓兩隻翅膀展開的距離隻有16厘米左右,巨脈蜻蜓妥妥的可以叫做是蜻蜓界的老祖宗;别忘了它還有2.4米那麼長的身體。所以它在石炭紀時期,是當之無愧的空中霸王,比恐龍出現的時間還要早。因此它不僅吃小蚊蠅小飛蛾小蜜蜂等,有些剛開始上岸适應陸地生活的小型兩栖動物,也是它的盤中餐。想象一下它的外形,真的很像一個小型的飛機。

如此強悍的昆蟲,為什麼會滅絕在二疊紀呢?

地球曾經發生過多起物種大滅絕事件,而二疊紀時期的這一次,是最嚴重的。關于這次滅絕的說法有好幾種,火山爆發、闆塊變化等,都會導緻多變天氣的出現,地形地貌開始變得複雜。而之前的簡單生物隻要适應不了環境的變化,一旦出現幾種生物的滅絕,就會影響整個生态環境的變化。即使一些物種已經在适應中,但食物的匮乏、空氣含氧量驟降,仍然會讓很多物種活不下去。

巨脈蜻蜓,就是其中的一種。大部分昆蟲都是用氣管的枝狀管網收集氧氣,形成呼吸。一般來說,空氣進入胸部和腹部的通氣孔,氧氣在氣管中流動,然後溶于到那個支裝管道底部的液體中,再由這些液體輸送到昆蟲的身體其他部分。

科學家怎麼發現蜻蜓成為飛機的(有人說蜻蜓是外星生物)3

基于昆蟲的這種呼吸模式,科學家們證實,在含量大大高于現在的石炭紀,氧氣是讓巨脈蜻蜓如此巨大的原因之一;當時的含氧量比現在空氣中的含氧量要高至少20%。巨脈蜻蜓的滅絕僅僅是因為氧氣含量完全不能滿足它的巨型身體而已,它的獵食方式和生活習性,完全沒有任何問題,所以,直到今天的蜻蜓,仍然用着距今3.2億年前的身體構造系統。而這個身體系統,在昆蟲王國,乃至整個動物世界,都是遙遙領先的。

蜻蜓和一般昆蟲的區别

蜻蜓不同于一般的昆蟲,它的一生會分為三個非常明顯的階段,分别在水裡、陸地上和空中度過。它們的交配非常浪漫,雄性蜻蜓尾部的抱握器會牢牢抓住雌性的頭或前胸,以此來吸引雌性将腹部向前彎曲,觸碰到雄性在腹部的交尾器。整個形狀非常像一個心形,可能會雙雙停留在岸邊的草葉上、水面上,也可以飛翔在半空中。一般整個交配過程要持續幾個小時

交配結束後,如果雌性覺得這個地方适合繁殖後代,它們可以立即産卵,也有過幾個小時、幾天之後,找到适合的地方再産卵的。一些蜻蜓直接把後代生在水裡,也就是我們看到的“蜻蜓點水”的時候,也有的是把卵附着在水生植物的莖葉表面,再另類一點的蜻蜓,還可以到水底下去産卵,它可以連續在水裡長達1個小時。

躲過了魚、鳥等捕食的蜻蜓卵,會在一個合适的時機孵化成為稚蟲,為了盡可能避開胃口大、眼神好的鳥類,絕大多數蜻蜓稚蟲都生活在水裡。它在這一時期,也有名字,叫做水虿(chài),它們的食物就是遇到的所有能幹得過的水生昆蟲,有時候還包括自己的兄弟姐妹。水虿全身都是暗褐色或者暗綠色的,腹部也更肥大,眼睛還沒有完全發育好,要是不說,絕對想不到這個不起眼的小東西,爹媽竟然是美麗輕盈的蜻蜓。

水虿會在水裡生活長達11個月,有的品種甚至更久。在稚蟲時期,它們通過直腸呼吸,直腸壁上存在着有序的腮葉,後腸通過蠕動把水吸進直腸,腮葉就把水裡的氧氣過濾出來。這個非常特殊的呼吸器官叫做直腸腮。每當水虿有規律的收縮腹部,就是在進行呼吸了。天氣寒冷時,水虿需要躲在水底過冬,也多虧了這樣的呼吸系統。

科學家怎麼發現蜻蜓成為飛機的(有人說蜻蜓是外星生物)4

當然,水虿的腹腔還有一種幫助它逃生的作用,當它遭遇到獵食者時,它會快速收縮腹部,在體内形成比較大的壓力,然後快速噴出體内的液體,可以讓自己的身體快速遠離敵人。高壓噴射出去的水柱,速度可以達到1/300秒,有時候也可以成為獵食其他小昆蟲的工具。

食物短缺的情況下,水虿還會捕食比自己體型大得多的小魚小蝦和蝌蚪。為了方便它獵食比它塊頭大的食物,它的下颚竟然可以向下延伸,而且速度非常快,從下颚彈出,咬住獵物再收回,隻需要20毫秒的時間。

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蜻蜓的稚蟲時期會經曆8--14次的蛻皮,最後一次蛻皮時,它松軟的腹部會不斷收縮,原本儲存在腹部的液體就會被擠壓進胸腔中,蟲蛹因為擠壓而破裂;它以這樣的體型出來,再經過羽化,才能長成蜻蜓成蟲的樣子。一般水虿的羽化時間都選在晚上。羽化前的水虿會把腹部露出水面呼吸,羽化狀态中,它是不吃不喝的,蜻蜓翅膀非常精細且關鍵,需要的時間也很長。之所以選晚上,是因為晚上可以避開大部分的捕食者,同時翅膀在野外不會幹得太快,否則容易把翅膀弄斷。

如此寶貝翅膀,是因為翅膀是成蟲後的蜻蜓稱霸天空的強有力武器。它一旦變成蜻蜓後,飛行技能就隻有你想不到,沒有它做不到的。就這麼說吧,所有人類引以為豪的操縱飛機表演的技術,在蜻蜓眼裡都不值一提。因為它本身就是世界上最精密的一架生物“飛機”。

蜻蜓是進化界的天花闆

如果非要說從巨脈蜻蜓到現代蜻蜓有什麼進化了的地方。那一定是體型。雖然從大變小,看着和進化沾不上邊;但體型小的好處是更加敏捷和靈活。蜻蜓每秒可以振翅20--40次,每小時可以飛150千米,和行駛中的火車一樣的速度,而巨脈蜻蜓則無法如此高速。

飛得快難道不是更容易抓住獵物嗎?事實上,飛得太快的,還真的不是抓獵物最準的。目前,天空中飛得最快的是遊隼,它每小時的速度可以達到300千米;但它的捕獵成功率隻有23.1%;陸地上跑得最快的獵豹,其捕食成功率隻有50%;隻有又能跑又是群攻的非洲野狗,它們的捕食成功率相對高一些,可以達到67%。這些,都比不上小小的蜻蜓,它的成功率高達95%以上,可以說是箭無虛發。

而且蜻蜓并不完全看體型的,它常常和比自己大得多的蝴蝶鬥,面對比自己兇狠的黃蜂也毫不害怕,餓起來連自己的同類也要啃兩口。這都和它優越的飛行系統息息相關。它可以突然懸停在空中,也可以從懸停狀态馬上變為高速飛行,不僅可以向前後左右上下飛,它還能倒着飛。因為它擁有昆蟲乃至鳥類都不多的雙動類飛行翅膀。

一般昆蟲飛行是操縱背腹肌和縱行肌來帶動翅膀飛,這兩個部位的收縮和擴張,帶動翅膀做動作,但隻能做對稱的動作,左右兩邊同時揮動,或者同時停止。這種飛行模式被稱為單動類。

而蜻蜓的飛行,則是通過連接翅膀的舉肌和降肌來帶動飛行的。被稱為雙動類飛行,看似和單動飛行沒有不同,但蜻蜓的4隻翅膀是相對獨立的,因此,它的兩對翅膀既可以并行一緻,加速飛行;又能夠根據需要,相互配合。蜻蜓想要變速時,隻需要調整前翅和後翅的揮動角度就可以了,懸停空中對于它來說,也就不是難事。當前後翅的角度大于90°,蜻蜓的速度就會減慢;而前後翅的角度小于90°時,就會産生上升力和前推力,推力的速度可以達到每小時50千米。

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其他飛行生物難以做到的倒飛,蜻蜓隻需要把自己的身體豎直起來,還是朝着自己背對的方向就可以了。是不是非常聰明?

公元前500年,古代中國人就是在蜻蜓的飛行中受到了啟發,發明出了一個簡單的竹片做成的螺旋飛行小玩具——竹蜻蜓,到現在仍然是小朋友們愛不釋手的玩具。竹蜻蜓通過貿易的方式傳入歐洲,還曾經出現在1463年的聖母聖子畫像中。英國人喬治凱利,一輩子都癡迷于研究竹蜻蜓,他受到竹蜻蜓的啟發,悟出了螺旋槳的工作原理,加速了直升機的研發,被歐洲人稱為“航空之父”。

除了它的飛行方式。蜻蜓的翅膀也非常地精緻,才能配合它完成很多高難度的動作。記得蜻蜓羽化時要選個空氣濕度更高的夜晚,就為了保持翅膀的完整性吧,是因為它小小的翅膀上,生成了無數不規則的小方格,在接近翅膀尾端的位置,有一小條填滿液體的方格被稱為翅痣。小方格是為了破壞空氣經過翅膀時産生的渦流,因為這種渦流會讓翅膀産生劇烈顫動,有可能會讓翅膀裂開或者直接折斷。翅痣則是為了給翅膀增加重量,避免翅膀在渦流顫動中直接豎立起來,改變飛行速度和方向。

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翅膀的小方格間的透明薄膜其實也是凹凸不平的,上面布滿了縱橫交錯的經脈,有了這些紋理和小方格的完美配合,蜻蜓幾乎完全消除了震顫。更神奇的是,這些經脈不僅能夠除顫,還能幫助翅膀脫水;同時還能幫助翅膀保持光潔,不堆積灰塵,增加負重。翅膀的表面還有110億個納米級柱狀結構,長效抗菌,蜻蜓在飛行時順便就把翅膀表面的細菌揮走了。

這一點,人類的飛機還需要多多地借鑒學習。至今人類的飛機如果在高速飛行中發生顫振,飛機的機翼就會斷裂,嚴重時整個飛機可能直接在空中解體。

蜻蜓的複眼也是它稱霸昆蟲界的又一秘密武器。一隻蜻蜓擁有20000--28000隻複眼,每一個複眼都是獨立的,都相當于一個攝像頭,它的眼睛橢圓而突出,還能扭動,每隻蜻蜓的視角足足有306°。

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因此它可以最快速地捕捉到獵物,同時計算出獵物的運動路線,追捕是最常規的捕獵方式,蜻蜓還會攔截。搶先在獵物的運動路線前方去等獵物撞上來。攔截,才是它捕獵成功率如此高的絕殺武器。

行動敏捷,飛行方式多樣靈活,數量繁多的眼睛,能夠計算飛行路線的大腦,為了生存可以上天也可以下水。蜻蜓可以說真是大自然界進化的天花闆了。

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