十大助推科技甲殼蟲:獨角仙舉起自重800倍物體

2021-01-09 快科技

北京時間3月9日消息,據美國《大眾機械》雜誌網站報導,迄今為止,已經確認的甲殼蟲類動物大約有35萬種。它們不僅僅外觀看起來很酷,許多種類還擁有神奇的「特異功能」,比如有的甲殼蟲擁有非凡的機動能力,有的擁有水下呼吸能力,還有的種類擁有驚人的免疫能力。正是這些神奇的功能,激發了科學家們的靈感。甲殼蟲的一些功能特點已被應用於許多現代科技產品中,如抗生素、超白紙張以及下一代滅火器等。以下就是10種幫助科學家實現科技突破的甲殼蟲。

1. 寶石甲殼蟲


寶石甲殼蟲

寶石甲殼蟲是吉丁蟲的俗稱。對於昆蟲收藏家和寶石工匠們來說,這種閃爍著彩虹光芒的昆蟲是他們的最愛。將來,寶石甲殼蟲也必將會受到汽車製造商和鑄幣工人的青睞。2009年,一份發表於《科學》雜誌上的研究報告稱,某些種類甲殼蟲會利用一些五邊形、六邊形或是七邊形的格狀細胞結構產生豔麗的綠色光芒,這些細胞就好像液態水晶一樣在反射光線。這一特點可以在光學工程的透視設計中取得廣泛的應用。可能的應用包括汽車的噴漆以及貨幣的防偽等方面。利用這種技術的車漆,從不同的角度看可以顯現不同的顏色,而貨幣防偽措施中採用中這種技術,則可以產生清晰、明亮的水印。

2. 獨角仙


獨角仙

在獨角仙亞科中,雄性的甲殼蟲頭部都長一根粗壯的獨角,這也是它們名稱的起源。獨角仙是一種常見的大型甲殼蟲,最長可以長到6.5英寸(約合16.5釐米)。在全球許多地方,人們甚至利用獨角仙之間的決鬥來進行賭博。在日本,許多人把獨角仙當成寵物來養。這種大型甲殼蟲之所以能夠在全球各地得到廣泛稱讚,大概是因為它們強大的力氣。某些獨角仙甚至可以舉起比它們體重重800倍的物體。這種強大的力氣來源於它們獨特的身體結構。美國內布拉斯加大學昆蟲學家布雷特-拉特克裡夫解釋說,「它們與脊椎動物完全不同。脊椎動物是骨骼在內,肌肉在外,而無脊椎動物則是肌肉在內,外骨骼在外。因此,這些甲殼蟲的構造就非常像機器人。」美國國防部高級研究計劃署資助的一項研究正致力於將這些甲殼蟲打造成軍用機器人。美國加州大學伯克利分校的科學家們已將電極和相應的無線電接收器植入一些大型的聖甲蟲(這一種屬也包括獨角仙)體內,使它們能夠在飛行過程中時刻受到科學家們的遙控。這些生物機械化的甲殼蟲將來可以用於執行戰場偵察或搜救任務。

3. 蜣螂


蜣螂

蜣螂也就是通常所說的屎殼螂。顧名思義,這種甲殼蟲大部分時間都生活於糞便之中或周圍,以糞便為食。南非約翰尼斯堡威特沃特斯蘭德大學自然科學高級講師蒙德-納特華沙認為,「由於屎殼螂生活於一種微生物大量滋生的環境中,因此它們極有可能擁有超強的免疫系統。屎殼螂的生活環境裡存在大量的人類病原體,但它們卻好像生活得很舒服。」因此,研究人員已經將屎殼螂作為研製新型抗生素的重要來源。納特華沙和他的同事正在建立屎殼螂的基因資料庫,用來分離和研究與感染有關的基因。儘管從屎殼螂身上研製出來的產品尚未投入臨床實踐,但這只是一個時間問題。除了醫學方面的應用外,屎殼螂還會對人類的農業生產有所幫助。一些屎殼螂會將它們所發現的糞便滾成球狀,還有一些種類的屎殼螂會將糞便埋入地下。它們的這種行為既可以為土壤施肥,又可以防止土壤中滋生害蟲。

4. 豉甲


豉甲

豉甲是一種水生甲殼蟲,它們身體顏色大多為黑色,成蟲多在水面漂遊,幼蟲水棲。它們的複眼分上下兩個,可以同時觀察水面之上和水面下的情景。不過,真正引起科學家關注的是,當豉甲受到威脅時、捕食時或是吸引異性交配時,它們習慣於快速地迴旋遊動。它們雖然也能夠靈活遊動,但是它們卻與魚類或海獅明顯不同。豉甲擁有堅硬的、不易彎曲的外骨骼,這使得它們看起來更像是一艘艘微型硬殼船。紐約州立大學波茨坦分校生物學家威廉-羅梅認為,「它們與船非常像,一部分在水面之上,一部分在水面之下。」利用腳部和翅膀產生推進力,豉甲可以在水面快速的旋轉,形成一個個圓圈。

美國賓州西徹斯特大學生物學家弗蘭克-費什表示,「豉甲雖然沒有像靈活的生物體那樣的機動性,但是它們比標準的水下自控車要靈活得多。」根據豉甲的這一特點,工程師們將能夠研製出多功能水陸兩用車。

5. 長臂天牛


長臂天牛

長臂天牛通常也被稱為「丑角甲蟲」,這個俗稱來源於它們庸俗的花紋外表。長臂天牛主要分布於墨西哥和南美洲。長臂天牛中的雄天牛擁有特別長的前肢,這種前肢甚至比整個身長還要長,大約有數英寸長。這種超長前肢除了可以吸引異性外,還可以用來爬樹。2003年,法國科學家從長臂天牛體內分離出新型的抗菌素,這種抗菌素可以用來對付多種真菌。因此,它可以用來生產新品種藥物,以降低耐藥念珠菌和酵母菌感染所引起的死亡率。

6. 放屁蟲


放屁蟲

當受到攻擊時,放屁蟲可以從腹部的頂端釋放出大量的毒霧噴向攻擊者。為了生產這些脈衝炸彈,放屁蟲體內長有一種腺體,專門用於存儲不同的化學物質。當受到攻擊時,它們就會將這些不同化學物質混合於一對燃燒室內。燃燒室內生產的毒霧通過外骨骼中的排氣孔釋放出來,毒霧釋放的時候甚至還伴有聲音。非洲的某些放屁蟲還擁有一個軸心噴嘴,這種噴嘴釋放出來的毒霧炸彈方向更準,攻擊性更強。

放屁蟲的這個功能已被瑞典一家仿生公司所採用,並被翻譯成一種名為「μ噴霧」的技術。利用這種噴霧技術,人們可以精確地調節噴霧粒子的大小和溫度。這種技術可以應用於改進汽車燃料的噴射系統,也可以用來研製下一代滅火器和農藥噴霧器。儘管目前這種技術還僅僅處於原型系統階段,沒有上市的正規產品,但是在未來5到10年內或將實現廣泛應用。

7. 大龍蝨


大龍蝨

大龍蝨是龍蝨科的一個種屬。它們可以稱得上是世界上體型最大的水生甲殼蟲,最長可以長到1.5英寸(約合3.8釐米)。這種兇猛的捕食者可以說是來者不拒,不管什麼沉到它們的嘴邊,大龍蝨都想把它吃掉,連小青蛙和魚類也不放過。大龍蝨雖然會飛,但它們大多數時間裡都是呆在水下,除非是為了尋找新的捕食場所。為了防止被淹死,這種甲殼蟲腹部上長有大量細微的茸毛,這些茸毛可以阻止水流進它們的通氣孔,而這些通氣孔就與它們的呼吸系統相連在一起。

英國諾丁漢特倫特大學物理學家格倫-麥克海爾認為,「大龍蝨的這種防淹功能就和釘床效果有些類似。」當釘床上只有一根釘子時,人躺上去後它會很容易刺穿人的皮膚。如果釘床上布滿了釘子,則可以分擔表面壓力,這樣皮膚就沒那麼容易被刺穿。同理,有大量的茸毛在外面阻攔,大龍蝨周圍的水就不容易進入體內,但氧氣可以進入,同時二氧化碳可以排出。麥克海爾等人在考慮如何將這種技術應用於合成材料中,他們希望能夠研製出一種人造腮部,以防止人類的淹亡。除了人造腮部外,另一個可行性更強的產品是氫燃料電池。這種電池裝備於潛水設備之上,可以直接從水中分解出氧氣並產生能量。

8. 白金龜


白金龜

白金龜就是一種白色甲殼蟲,主要生活於東南亞地區。它們擁有亮白色的外殼,其實這是一種偽裝色,它們可以把自己偽裝於某些珍珠狀的真菌中。大多數動物是通過色素或是通過一定的結構吸收和反射特定的波長從而形成身體的顏色。然而,白金龜為了獲取這種恐怖的白色,它們主要是依靠混沌策略。在它們身體的鱗片上,有許多細絲。這種細絲的排列毫無章法,完全是隨意性的,這樣就可以起到很好的反射光線的效果,從而形成它們的白色身體。

英國埃克斯特大學物理學家彼德-瓦庫斯克表示,「白金龜身體顏色的形成給了我們很大的啟發。」去年,瓦庫斯克等科學家通過對這種現象的研究,研製了一種新型的超白紙張。這種技術還可以應用於油漆和漂白物質的製造中。

9. 納米布沙漠甲蟲


納米布沙漠甲蟲

納米布沙漠甲蟲主要生活於納米比亞的納米布沙漠之中。在乾旱的沙漠中,這種甲殼蟲竟然掌握了一種獨特的獲取水的方法。它們的翅膀上有一種超級親水紋理,同時還有一種超級防水凹槽。它們共同合作,可以從外界的風中吸取水蒸汽。當親水區的水珠越聚越多時,這些水珠就會沿著弓形後背滾落入沙漠甲蟲的嘴中。

2006年,美國麻省理工學院科學家米切爾-魯伯納等人利用納米粒子層研製出了這種奇妙的水收集系統。現在,他們又聯合牛津大學科學家安德魯-帕克爾根據沙漠甲蟲的吸水原理,共同研製了一種新的材料。這種材料將可以從霧或露水中吸收水份供人們飲用。

10. 斑蝥


斑蝥

當然,並不是所有甲殼蟲都是益蟲,一些有害甲蟲則可以破壞大片森林。不過,有趣的是,某些害蟲也可以用來做好事,比如斑蝥。斑蝥能夠分泌出一種防衛性的化學物質,名為斑蝥素。醫生可以利用斑蝥素治療皮膚上的瘤狀物或某些癌症。此外,斑蝥素還有一個更為出名的功效,那就是它有壯陽功能。

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