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《科学之友》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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昆虫飞行有奇招

2018-04-17 22:06:00

  许多人都以为鸟类是自然界最善于飞行的动物,实际上并不是这样。飞行本领最高超的,首先要推飞虫。有些昆虫除了具有惊人的“长跑”本领以外,还能在茫茫大海上空不迷失方向,准确地向目的地前进。

  比鸟翼更先进的翅膀

  昆虫最初是没有翅膀的,这从泥盆纪中找到的跃尾虫化石可以证明。后来,在石炭纪中,才开始出现能飞的昆虫。那时的飞虫,体形比较笨重,像蜻蜒那么大,身上长着两对翅膀,飞行时双翅拍动很慢,但也许还能像蜻蜓那样,张开翅膀在空中滑翔。

  我们知道,鸟类、蝙蝠的双翼是由前肢进化而成的。鸟类或蝙蝠的翅翼是从背部生长出来的外皮组织,翅翼中有甲壳质的翅脉,其中可以找到气管、血管和神经。可是昆虫的双翅,却不是由其身上的某种爬行器官进化而来,它们一开始就是一种完全簇新的器官。

  昆虫的双翅,比鸟类先进得多。它们的构造比鸟翼简单,关节活动能力却比鸟翼强得多。昆虫不仅在飞行时双翅摆动的幅度大,振动的次数多,而且在栖息和伏居时,双翅能够收拢起来,贴在身体后部、侧部或背部。

  “长距离飞翔”冠军

  昆虫所以能在动物界占有优越地位,主要是靠它们的翅膀。像蜜蜂那样采集花粉的昆虫,如果没有灵巧的翅膀,就不可能每天在许多花丛之中往返忙碌。

  大部分昆虫都定居在固定的地方,但也有大约200种昆虫,像走兽和候鸟一样,有每年迁徙的习惯,例如蝗虫与蝴蝶。某些昆虫在迁徙时,成群结队,其数量可达几百万只甚至几十亿只之多。据目击者称,那些成群迁飞的昆虫,遮天蔽日,连续不断地飞过天空,持续时间短则几小时,长则几天,有时甚至长达几星期之久!

  最令人惊奇的,是这些昆虫持久飞行的能力。它们竟能飞过山岭,横越海洋和整个大陆!昆虫迁徙时一般是同一种类在一起飞行,可是往往也有不同种类的昆虫,混杂在一起,同时飞行。有时在迁移的队伍中,不同的昆虫,竟达40种之多。

  昆虫中的“ 长距离飞翔” 冠军,首推斑蝶。斑蝶生活在美洲大陆。每年秋季,美洲大陆北部的斑蝶,要迁居到南方去过冬。它们从美洲北部起飞后,一部分朝东南方向作长途旅行。它们首先横渡辽阔的大西洋,越过亚速尔群岛,然后飞往非洲的撒哈拉大沙漠,或者意大利和希腊等地。另一部分则从北美朝西南方向作长途飞行。它们飘经浩瀚的太平洋,前往数千里外的日本,甚至澳大利亚等地。

  高超的飞行本领

  我们不禁要问,小小的昆虫,怎么能够从事如此遥远的长途旅行呢?它们怎么会有这样大的持久飞行的能量呢?

  实际上,它们飞行时并没有费气力,因为它们在空中旅行时,并没有摆动翅膀,它们只是张着双翅,让空中的气流,把身体托起来,并且巧妙地利用风力,靠风力把它们吹向前去。所以,昆虫是利用气流变化,进行长途滑翔的能手。虽然人类也能利用滑翔机在空中航行,可是滑翔的距离很短,而昆虫在空中滑翔的本领,却比人类高明得多。

  昆虫在飞行时振动翅膀的速度,也远非鸟类所能比。科学家在观察昆虫的飞行以后,发现不同种类的昆虫,振动翅膀的频率各不相同,而且相差极大。例如:双翅类、膜翅类和鞘翅类的昆虫,翅膀振动的频率极高。研究人员利用连续快速摄影机和高速电影拍摄机等仪器,把它们飞行时的动作拍摄下来,分析后发现了许多意想不到的情况。

  蝗虫每秒能振动翅膀18次,比鸟类拍动双翼的速度高得多,可是它与其他昆虫相比,还差得很远。如熊蜂每秒能振翅110次,非洲的采采蝇每秒振翅120次,普通的苍蝇每秒180次,蜜蜂每秒236次。雄蚊每秒能振翅l00次,金龟子(金匠花金龟)每秒能振翅587次,而一种小蚊蚋,每秒能振动翅膀达700~1 000次,真是不可思议的超高速度!

  昆虫飞行的秘密

  昆虫在进化演变的过程中,形成如此神奇的飞行能力,要归功于其控制翅膀的特殊结构。像蝗虫或蜻蜒之类的昆虫,是利用翅膀根部肌肉的伸缩而使翅膀振动的。这样的振翅方式,频率较低。另外像苍蝇、蚊子或蜜蜂,则利用其胸腔本身肌肉的弹性来振动翅膀,振动的频率也高得多。上述胸腔的弹性肌肉,能自动地快速伸缩,因为昆虫体内有一种化学物质,能直接转化为肌肉的机械能,使翅膀以极高的频率振动。

  苍蝇和蚊子之类的昆虫,本来都有两对翅膀,但在进化过程中,它们只剩下前面一对翅膀作飞行之用,而后面那一对翅膀则已经退化,变成了两根棍状的附加器官。可是奇怪的是,这两根小棍,却在双翅类昆虫的飞行中,起着极其重要的作用。原来这对小棍具有非常灵敏的感觉,它们能使昆虫在飞行时保持平衡。如果把昆虫的这一对器官切去,那昆虫就再也无法飞行,甚至还会迅速死亡。

  前面提到,有一些昆虫每年都要跨越大陆和海洋,到很远的地方去过冬。它们除了具有惊人的“长跑”本领以外,还能在茫茫大海上空,不迷失方向,准确地向目的地前进。这究竟是怎么回事呢?另外,蜜蜂离巢到很远的地方去寻找蜜源,尽管它们在花丛中反复迂回穿行,但仍能准确无误地飞回自己的蜂巢,这又是什么原因呢?

  最近研究表明,某些昆虫之所以能辨别方向,似乎与太阳方位关系不大,因为长途迁徙的昆虫,即使在黑夜中也在继续向选定的方向飞行。真正的原因,是由于这些昆虫身上含有氧化铁,虽然氧化铁的数量极微,但足以感受到地球磁场变化的影响。

  昆虫在千万年进化过程中,逐渐形成这样奇妙的飞行能力,是大自然的一种奇迹。研究仿生学的科学家们,也许有朝一日将从昆虫的飞行中,获得有益的启示,来改进将来飞机的设计,并创造完全新颖的飞行机器!

本文来自《科学之友》

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