生物世界

您当前的位置: 首页  >  探索发现  >  生物世界
为了能到高层偷袭你,蚊子特意修炼了涡旋秘籍
发布时间:2020-07-17     作者:苏澄宇   来源:中国科普博览   分享到:

在大家的印象里,蚊子这种只有几毫米的昆虫既飞不高,也飞不远,只能在地面飞行。毕竟身材在那,而且只有一对两三毫米长的翅膀和一对退化了的平衡杆。

image.png

蚊子的翅膀 图源:Sahibul-Saif Sheykh Abdul Kerim al-Kibrisi - WordPress.com

现在,科学家的研究颠覆了大家对蚊子飞行能力的看法。

在撒哈拉沙漠以南的半荒漠地区,携带疟疾的蚊子借助风力,在一个晚上就能飞到离地面290米的高空,距离远达数百公里。

2013年,美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)的科学家前往撒哈拉地区,在之后617天的时间,对当地的蚊子进行捕捉采样。目的是为了研究蚊子在不同地区的迁徙能力。

他们用氦气球在距离地面40米—290米的地方掉起垂直粘网。

image.png

氦气球和粘网 图源:文献1

结果,他们捕获了46.1万只昆虫,其中包括2748只蚊子,并且235只是可以携带疟疾的按蚊属。也就是说,蚊子可以飞到290米高的地方。如果在更高的地方布置了粘网,或许还能捕捉到飞的到更高位置的蚊子,这也很难说。

image.png

不同飞行高度捕捉到的蚊子种类及数量 图源:文献1

你也许会认为,距离地面近的网捕捉的蚊子会更多。然而,实际正好相反,粘网捕捉的蚊子数量是随着高度的增加而增加。这说明,蚊子在高海拔地区亦可以进行迁徙。

被捕捉到蚊子超过80%是雌性,大家知道雌蚊子是会咬人的,90%的蚊子在飞行前吸过人血。

光是靠捕捉这些蚊子获取的数据,科学家们不确定蚊子是从哪里飞来的,也不知道它们飞了多远。因为只是对某个地点进行的采样,只能说明某个位置出现了蚊子。

但借助气象建模工具,通过现有的数据,同时考虑风向和风速,科学家计算了蚊子可能的飞行轨迹。科学家最终得出结论,一只蚊子靠自己的飞行能力和风力,在9个小时的夜间飞行中,飞行距离可达295公里。

image.png

结合建模工具,科学家对不同种类的蚊子的迁徙距离进行了分析 图源:文献1

如果光凭想像,估计是个人都很难相信这种不起眼的生物可以飞那么远。不光是普通人,科学家刚看到这个数据都会被惊到。2019,科学家把研究结果发表在《自然》杂志上。

虽然蚊子自己飞行距离有限,但有了风,飞行到更远更高的地方咬人、传播疾病,是没有问题的。

这也是为什么即使你家住在21楼的高层建筑中,也会出现蚊子的原因。毕竟蚊子都可以最高飞到几百米的高空了,还会在乎那21层楼,区区六十多米的高度吗?

你也许会以为蚊子只分布在低海拔地区,但其实在喜马拉雅这样的高海拔地区,同样有蚊子。

2007年,科学家对印度的加瓦尔专区的蚊子进行采样,捕捉了300—1000m、1000—2000m、2000—3000m 不同海拔高度的蚊子。一共发现了34种蚊子,包括5个属:伊蚊、按蚊、阿蚊、库蚊和蓝带蚊。

image.png

 不同海拔的蚊子出现种类,随着海拔升高,出现的蚊子种类减少 图源:文献2

低海拔地区温度湿热,这里能捕捉到蚊子是毋庸置疑的,但高海拔到3000m的地方,虽然发现的蚊子种类不多,只有几种,但也说明了一些蚊子的生存能力有多猛。

当然,蚊子可以通过电梯、一些管道飞到几十层楼高的地方,但这些并没有科学的研究说明,这只是大家的推测,从一些可能的途径来分析。但现在你应该知道,光凭自己的一双翅膀和风,蚊子就可以从外层直接飞到21层楼。

蚊子是如何飞行的?

蚊子和蜜蜂的飞行方式类似,都是通过振翅的方式,扇动空气获得上升力。不同的地方是,蚊子的振翅方式更快,而且振动的角度不大,大约只有40度,是蜜蜂的一半。也就是说,如果按照推理,蚊子是获取不了蜜蜂那样足够的升力。

如果蚊子选择了蜜蜂的大角度的振翅,那么蚊子飞行时的嗡嗡声估计就要大一倍了,飞行声音大了,就容易被人发现。

2017年,科学家通过慢镜头解开了蚊子飞行的秘密。来自牛津大学的科学家通过8个超高速摄像机,从8个角度拍摄一只蚊子是如何飞行的。

image.png

试验拍摄飞行中的蚊子 图源:https://newatlas.com/

慢镜头下的蚊子振翅频率比实际慢了700倍,之后通过计算机模拟制作了3D模型,可以让科学家了解蚊子飞行中的气流变化。

image.png

8个视角下蚊子的飞行视图 图源:nature video

根据研究结果,蚊子在振翅过程中,和蜜蜂一样的地方是,在翅膀前缘部分会产生一个小涡流,这种气流减少了翅膀上方的压力,就是说在振翅过程中会获得一定的升力。

image.png

蚊子产生的前缘涡流 图源:nature viedo

但除了翅膀前缘的涡流,蚊子还在翅膀后缘形成了一个涡流,这是和蜜蜂不太一样的地方。之所以可以在翅膀后方产生一个涡流,是因为它的翅膀不是垂直往下扇的,而是会在扇动的过程中进行反转。

image.png

后缘气流 图源:nature video

当翅膀后缘翻转的时候,翅膀后缘与翅膀前缘拍打产生的流体对齐,产生涡流,重新获得一些额外的升力。

此外,蚊子在扇翅过程中,还会产生一种旋转阻力,来支撑它们身体的重量。

image.png

旋转阻力 图源:nature video

这也许可以解释,为什么蚊子小角度的拍打依旧可以获取足够的升力,因为它通过产生额外涡流的方式,弥补了振翅小角度振翅的缺点。

未来,科学家也许会把蚊子的飞行技术应用到更小的无人机上,只能希望那样的无人机不会嗡嗡嗡……


参考文献:

Huestis D L, Dao A, Diallo M, et al. Windborne long-distance migration of malaria mosquitoes in the Sahel[J]. Nature, 2019, 574(7778): 404-408.

Pemola Devi N, Jauhari RK. Mosquito species associated within some Western Himalayas phytogeographic zones in the Garhwal region of India. J Insect Sci. 2007;7:1‐10. doi:10.1673/031.007.3201

http://www.ox.ac.uk/news/2017-03-30-new-study-sheds-light-how-mosquitoes-wing-it

【我们尊重原创,也注重分享。版权原作者所有,如有侵犯您的权益请及时联系,我们将第一时间删除。分享内容不代表本网观点,仅供参考。】