河南郑州,修表陈师傅正在专心工作时,一只蚊子飞到手背上。陈师傅顺势用手中的镊子夹住蚊子,给蚊子做了一个截除口器的小手术,把它的作案工具没收了。
摘除蚊子口器的操作,徒手很难办到。徒手摘除的话,往往是连着蚊子脑袋一起拔下来的。只有借助工具,用镊子或指甲剪才能精准剪掉口器,不连累到脑袋。
如果配上其他工具的话,还可以做得更精细。我们来看生物学家的专业操作。
分离蚊子口器
大多数的蚊子都不吸血,只吸食树汁草汁花蜜。世界上会吸血的蚊子,只占蚊子家族的6%。
在那些吸血的蚊子中,公蚊子不吸血,母蚊子平时也不吸血,只有到了要生产蚊子卵之前,才会吸血补充营养。
蚊子的雌雄,肉眼就能分辨出来。雄蚊子头上的触须是毛绒绒的,像一对羽毛扇,雌蚊的触须则是一根纤毛稀疏的刷子。
这张图片是伊蚊的雄蚊,除了羽毛扇一样的触须外,它还有分叉的口器,分叉的口器扎不穿皮肤,也就没法吸血了。雌蚊子可以扎穿皮肤的口器,并不分叉,但也不像一根针那么简单。来看雌蚊吸血的工具,比想象中的更加精致复杂。
修表师傅只是截断了蚊子的口器,而生物学家更进一步,把合成一体的口器分离了。
蚊子的口器是合拢起来的6根针,每根针都有各自的用途。最边上的2根针,针头上带锯齿,用来割开你的皮肤。旁边的2根针是固定支架,用来撑开你的皮肤组织。中间2根针最粗,这是作案主力,一根用来吐口水,另一根用来吸血。2根中空针管合并在一起,针头上带有探头,用来寻找毛细血管。
来看细节。蚊子停留在你的手背上,不会特意找地方,只是随便扎上一针。如果口器没有扎进血管,带探头的针头会在皮肤下弯曲,到处寻找血管。确切地说,带探头的不是针,而是既有刚度又有柔韧性的塑料管,能在皮肤里自由翻找。
等着探头找到毛细血管后,针管扎进准确位置,两根针管一进一出,一根吐出防止凝血的蛋白酶口水,另一根吸入血液。其实,用“吸血”这个词有点不准确,当蚊子针头扎进血管后,血液流动的压力会把你的血自动送进它的吸管。
一般来说吸血过程需要50秒,如果蚊子运气不好,寻找毛细血管时会花费更长的时间,吸血过程会拖延到2分钟。
精工制造的吸血口器
蚊子割开你的皮肤,摸摸索索地翻找血管,接着再吸血,这套流程的时间不算短,但是你却察觉不到它对你的进攻,原因是蚊子配置了高精度的微型针头。
捉到一只蚊子,你裸眼看见的口器,其实是一个外壳,就是图片里紫色的部分。真正扎进皮肤的6根针,藏在外壳里。针头非常细,裸眼看不见,只有在显微镜下才能看清楚。
扎入皮肤的针头,曲率半径只有100~200纳米,相当于绣花针针头的1/1000。蚊子用它的微型针头割开你的皮肤时,你根本不会疼,也发觉不到它的进攻。只有当它吐出防凝血的蛋白酶,你的免疫系统开始对抗外来元素时,你才会后知后觉地发现自己被蚊子咬了。
如果没有显微镜,只用镊子的话,很难分离出蚊子的6根针。不过,给蚊子截肢并不是只有摘除口器一条路,还可以摘除它的平衡棒。鉴于蚊子体型比较小,咱们换一个简单一点的害虫,用苍蝇来代替。你手边只要有镊子就能完成,摘除苍蝇平衡棒的操作。
苍蝇的平衡棒
苍蝇和蚊子都是双翅目昆虫,跟其他有两对翅膀的昆虫不一样,它俩只有一对前翅,后翅演化成一对像棒槌一样的平衡棒。
图片上是食蚜蝇,长得像蜜蜂,但是只有一对翅膀,和翅膀后面的平衡棒。顾名思义,平衡棒的作用就是在昆虫飞行时保持它的平衡。
来看细节,当苍蝇拍打翅膀时,平衡棒也跟着一起运动。翅膀和平衡棒的运动频率相同,但是方向相反。
平衡棒在转弯时很有用,在苍蝇转弯时,平衡棒会向反方向稍微弯曲。这时大脑接收到平衡棒弯曲的信息,能根据信息纠正自己的飞行姿势,保持稳定。
试想一下,如果你用镊子摘除苍蝇的平衡棒后,会发生什么情况?
图片里是摘掉平衡棒的苍蝇,它依然会飞,但是起飞之后却在空中翻跟头,然后摇摇晃晃地掉下来。
总结
最后一个问题,为什么生物学家要发明这些肢解蚊子和苍蝇的新招式?
跟其他仿生学的答案一样,向自然学习,为人类服务。
生物学家解锁了蚊子6根针头的结构后,制造出人造微针。微型针头贴在皮肤上,患者根本感觉不到打针的疼痛,而且打针时的创口更小,不易感染。
生物学家解锁了苍蝇平衡棒的作用后,建立了人造传感器的模型,人造传感器可以帮助那些有运动障碍的患者。
(图片上是鹤蝇,不是蚊子,而是一种蝇类)
好了,生物学家对付蚊子和苍蝇的新招式先聊到这儿。
关注法兰西is培根,为你讲解自然界的秘密,下期见。
参考资料:
1、Kinematic diversity suggests expanded roles for fly halteres
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