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洪水来了!快合体!快变身!

近日多省普降暴雨,标志着汛期已经到来,武汉和北京人民都已然享受了一把“看海”的浪漫。面对洪水,人类看海之时,小虫们只能望洋兴叹,然后坐以待毙吗?在暴雨袭来前蚂蚁举家搬迁已不是稀罕事了,一些特别的物种,还有其它避难的绝招。

合体,火蚁诺亚方舟

在热带地区,例如亚马逊这样的地方,好天气不是你想来,想来就能来。也许前一秒是大晴天,后一秒就会突然爆发山洪。在突发的山洪中,就连大多数水生昆虫,一旦被洪水困住,都会有超过90%的死亡率。但是巴西火蚁( Solenopsis invicta )或红火蚁,却能使出它们紧急逃生的最终兵器。它们能在极短的时间内,大约100秒左右合体完毕,并可以承载几千乃至上百万乘客在水上漂浮长达数星期之久,这就是大自然的壮举——火蚁版诺亚方舟!

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【左图:承载着乘客的火蚁诺亚方舟。右图:正在合体中的蚁群。 来源视频1 。】

巴西火蚁不仅能依靠合体后的方舟在南美洲的原栖息地中躲避洪水,还能远距离迁移到其它地方。这强大的诺亚方舟是如何创造出来的?

来自美国亚特兰大市乔治亚理工学院的Nathan Mlot以及他的研究团队通过液氮冷冻固定火蚁的方舟并用电子显微镜观察,发现进入水中的火蚁们会立即向四周扩散,并依靠爪及下颚紧紧相连在一起。之后,每个火蚁个体爪间的粘性吸附垫上会分泌油性液体,这使得它们能漂浮在相对平静的水面上。

同时火蚁的外骨骼有疏水性,且表面粗糙,能在身体周围保存少量空气,形成气体铠甲。大量的火蚁们铁索连环,就形成了具有强力防水功能的结构,这个结构能降低“诺亚方舟”75%左右的密度,也可防止水渗入“船”中,还能为位于水面下的火蚁提供呼吸所需的氧气。如此强大,连研究者Mlot也不禁发出感慨:“这是世上最坚韧持久的结构之一”了。

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【瞧瞧,这筏子太能漂了,怎么按都按不下去。】

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【就算是用力把筏子摁进水里,一旦力量消失,它就会很快回到水面。 来源视频2 。】

然而强大到能合体自救的“超级蚂蚁”也有自己的弱点。如果洪水表面不是那么干净,或者是存在能减低水表面张力的物质,都可能对火蚁方舟造成无法挽回的损失。比如,在水面滴入少量的肥皂水,水的表面张力就会下降,紧接着这艘船将在短时间沉没,失去保护层的火蚁会在几秒内淹死。

虽然目前已对火蚁方舟的形成过程有了一些了解,但表面张力远不能承受一个数量庞大的蚁群重量,研究者们推测蚁群可能是利用了水的表面张力和毛细力(capillary forces)自我装配出了这条强大的救生筏。

乔治亚理工学院的另一个研究团队——Micah Streiff等人在研究火蚁时发现它们还有一种更酷的行为方式。为了避免被水淹,战胜洪水,火蚁们学会了拟态液体,也就是蚁群的行动方式像流动的粘稠液体。知己知彼百战不殆,这句话来形容火蚁的这种行为再合适不过了。蚁群不仅自发合体成救生筏,还会依照粘滞液体的物理学规矩来移动,寻找下一个合适的栖息地。

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【左边是蚁群移动的图,右边是油顺着物体表面流动的图。话说这蚁群拟态液体还真是神形兼备,连那油滴都模仿的像模像样。 想看视频戳这里 。】

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【左边是蚁群从罐子里“流出”的图,右边是油从漏斗里流出的图。虽然两者很像,但这图好像不适合在吃饭时观看。 想看视频戳这里 。】

虽然这种拟态液体的行为方式还不能直接解释火蚁方舟航行的秘密,但也为研究者们提供了新的灵感。

变身,变出吸盘或翅膀

一般的虫子不像火蚁那样可以合体,落水还是很不妙的。即使对于水生昆虫来说,也会因为被洪水冲走而面临生命危险。但水中的它们也不是没有应对之道——比如选择变身。

有些昆虫流线型的身体能减小洪水的剪应力,或者它们能利用自己特殊的器官变成吸盘状,附着在河底。比如生活在流水区的蜉蝣的雉虫,它们各鳃的叶状部分互相叠合成吸盘状,有利于吸附在底质表面,抵抗水流的冲击。扁蜉科(Heptageniidae)的何氏高翔蜉( Epeorus herklotsi )就可以将第1和第7对鳃延伸到身体的腹面,左右两鳃互相接触或接近接触,从而使腹部的鳃整个形成一个吸盘状结构。所以洪水对它们来说,无非就是要在较长时间里维持一个姿势不动罢了。

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【左图蜉蝣目稚虫。右图蜉蝣目成虫。】

而更直接的方法则是利用生活史变身,简单来说就是在适当的时间离开水体,以避开洪水易发季节。蜉蝣目、襀翅目、毛翅目、蜻蜓目、广翅亚目和部分双翅目的稚虫阶段生活在水中,但是成虫是可以脱离水面在天上飞的。因此,对它们来说最好的办法就是在洪水到来的时候飞上天。

啊,天气预报说几天后又有雨,不能变出翅膀的我们,为了应对可能的洪水,赶快找人合体吧……
本文编译自 New Scientist TV: Ants link up to form unsinkable raft.
New Scientist TV:Fluid nature: Ants mimic liquids to stay afloat.
The End

发布于2013-06-03, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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月梦

生物控,Geek

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