海洋裡住著《哈利波特》的「金色飛賊」 水下機器人的研發靠它獲取...

2020-12-07 騰訊網

見過大海裡的「金色飛賊」嗎？

電影《哈利波特》的魁地奇比賽上，魔法學校的學生們騎著飛天掃帚，攻守角逐異常激烈。這賽中有一隻至關重要的球，叫「金色飛賊」，金光閃閃、小巧的身子只有胡桃般大小，一對翅膀呼啦呼啦不停地拍動，稍不留神，它便消失得無影無蹤。

海洋中一個小小生物，像極了「金色飛賊」。它有一對靈動的翅膀，一下兩下輕盈地扇動，漫「天」飛舞，像翩翩起舞的蝴蝶，得名「海蝴蝶」。它其實是海蝸牛大家庭裡的小傢伙，背著一個晶瑩剔透、蝸牛殼般輕薄的螺殼。

當地時間7日，美國南佛羅裡達大學機械工學教授戴維•墨菲在國際學術雜誌《尖端海洋科學》上表示：「通過高速攝像頭拍攝發現，根據外殼的大小和形態差異，海蝴蝶的泳姿也存在不同。我們正努力研究海蝴蝶，這有助於更好地理解海洋碳循環與全球氣候變化，還能為水下機器人的研究和開發提供無限靈感。」

大海裡翩翩起舞的蝶

海蝴蝶的正式大名叫翼足螺，是被殼翼足目，屬海生軟體動物門腹足綱。舉個例子，蝸牛和常見的螺類都屬腹足綱。

不同於其他腹足綱的是，海蝴蝶的側足，是一對薄如蟬翼的翅膀（翼狀瓣），既不是划水的魚鱗，也不是爬行的腿。它不需要在哪兒費力地爬行，而是像蝴蝶擁有一片天，整個汪洋就是它的天空。

海蝴蝶過著晝夜分明的浮遊生活。白天，它會呆在海底小憩躲避天敵，一到晚上你就能看見了，它撲稜著雙翼，悠悠地向著水面漂浮，吃些海藻，再跳支舞，自由地在深藍中飛翔。

海蝴蝶個頭是真小，大部分連1釐米都不到，幾乎就是粒沙子。整片大海中存活著數十億隻海蝴蝶，但別以為這小傢伙多強大，海蝴蝶自由，但十分脆弱。當從大海裡被撈起，關進冰冷的實驗室飼養，它只能存活幾天，因此在實驗室研究海蝴蝶是很困難的。

墨菲教授與工學家和生物學家組成專門的研究團隊，在2017至2019年期間在巴哈馬採集了9種海蝸牛，長度均為0.9~13.1毫米。其中，雖然大部分都是海蝴蝶，但也有它的親戚——裸體翼足類，即沒有螺殼，只有翅膀的一個種類，它們被稱為「海天使」。而你一定想不到，與名字相矛盾，海天使其實是捕食海蝴蝶的肉食性動物。

研究組將採集到的海蝴蝶放入水槽，用高速攝像頭進行了拍攝，並運用研究潛水艇或飛機動態的流體力學分析了獲得的影像，結果顯示，根據身軀大小和形態的不同，海蝴蝶遊泳的速度和姿態也不盡相同。

當海蝴蝶揮舞翅膀，向水面飛去時，它會以鋸齒狀輕輕畫出美麗的螺旋。經觀測，海蝴蝶的上升速度大約為每秒12~114毫米，這就是說它每秒可以移動自身長度1~24倍長的距離。當它在上層水域呆夠了，想回到海洋深處時，它便以相似的速度，垂直下落。

在海蝴蝶中，身軀像是飛機機翼一樣流線型長條的種類浮到水面的速度最快，而像魁地奇的「金色飛賊」一樣，背著螺旋形透明圓殼的海蝴蝶上升速度最慢。墨菲教授解釋道：「因為體積小，而身體表面大，所以無法承受水的運動粘度。」

粘度是流體的物理特性，流體在流動時，流體內部分子間發生相對運動時產生摩擦阻力，叫粘滯力，粘度則是表示粘滯力大小的物理量。流線型軀體有助於更好地劃開水面，上升時受阻礙較小，而若背負起圓形螺殼，上升時受水的粘度影響就較大，速度就相對慢些了。研究組還發現，海蝴蝶在潛回海底的過程中，會像滑翔翼一樣，利用螺殼減緩速度，增強下降穩定性。

海洋生態保護和水下機器人的研發

海蝴蝶相關的研究結果為人類的海洋生態保護事業提供有用資料。我們所熟悉的浮遊動物比如磷蝦，它的外殼主要成分是幾丁質。而海蝴蝶就不一樣了，它的背殼主要成分是碳酸鈣，由碳酸鈣中最不穩定的文石構成。而此時此刻，海水酸化正在腐蝕它的外殼，若海洋中海蝴蝶數量減少，海洋生態平衡就會失調。

海蝴蝶對二氧化碳等溫室氣體的循環起著重要作用。據了解，全世界約12~13%的碳酸鹽以形成海蝴蝶外殼的形式沉入深海。當外殼受損或融化時，碳便會遷移到大海。了解海蝴蝶的生存形態，就能更好地理解海洋碳循環。

另外，海蝴蝶移動時優雅的姿態，為水下機器人的開發帶來靈感。實際上，墨菲教授的研究團隊就從海蝴蝶身上獲得啟發，正在模仿海蝴蝶，研製能徜徉大海的小型水下機器人。

漫遊大海，自由得令人羨慕

單薄易摧，脆弱得惹人憐惜

諾大的世界裡這個小傢伙

就像世間無數人兒

渺小，卻默默芬芳

不管你是創業者

還是投資人

在「聚創谷」和世界相遇·和我們相遇

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