带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴凤凰彩票登陆

2019-08-29 作者:科学技术   |   浏览(119)

Dickinson和van Breugel利用电子显微镜研究了碱苍蝇,发现它们的细毛特别多,而这可能帮助它们抵御湖水。同时,碱苍蝇表面基于碳氢化合物的蜡可能创建了阻挡电流通过的障碍,从而使它们带有正电荷的皮肤同含有很多带负电荷粒子的莫诺湖水隔绝。相关成果日前发表于美国《国家科学院院刊》。

凤凰彩票登陆 1风范尽失的猫主子们。图片来源:popbee.com。

带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴

2015-05-06 17:44:16by 许小诺说到蜥蜴,总给人一种生活在沙漠、火山口的感觉,其实,很多蜥蜴都是生活在水边的,如果空气太干燥,蜥蜴就会受不了呢,近日,科学家拍到了一种奇怪的蜥蜴,可以在水面上奔跑,下面我们就来认识一下吧。

说到蜥蜴,总给人一种生活在沙漠、火山口的感觉,其实,很多蜥蜴都是生活在水边的,如果空气太干燥,蜥蜴就会受不了呢,近日,科学家拍到了一种奇怪的蜥蜴,可以在水面上奔跑,下面我们就来认识一下吧。

凤凰彩票登陆 2 在水面奔跑的蜥蜴

一、在水面疾跑的蛇怪蜥蜴

近日,摄像师以2000帧/秒的高速拍摄下的影像显示,一只褐色的蛇怪蜥蜴在伯利兹的一个湖面上快速奔跑。而另外的影像显示,一种壁虎物种因为个头非常小,因此它们不会打破水面的张力,从而能从容走过一个小水洼。

蛇怪蜥蜴常常被称为是“耶稣蜥蜴”,这种称呼还是有一定道理的,因为它能水上漂。很多昆虫具有类似本领,但它们一般身轻如燕,不会打破水面张力的平衡。蛇怪蜥蜴通常生活在热带雨林的河流边,主要以小昆虫为食。每天蛇怪蜥蜴都要晒太阳以保持体温,这就使得它们非常容易被捕食,比如大型鸟类会从空中发动攻击,肉食性动物会从陆地发动袭击。因此蛇怪蜥蜴练就了一种特殊的逃生本领。当遭遇危险时,蛇怪蜥蜴会跳进水中,从水面上跑走。

通过对高速摄像得来的影像资料进行慢镜头回放,人们揭开了蛇怪蜥蜴“水上漂”的秘密。制片人西蒙说:“因为它们奔跑的速度很快,因此爪子接触到水面的时候,能够产生气泡。在气泡破碎前,蛇怪蜥蜴被气泡推动中先前跑。”西蒙参与了蜥蜴水上漂影像的拍摄和制作工作。“它们只有高速奔跑才能不掉入水中。如果它们的速度稍慢的话,它们的身体就不会保持正直,就会掉入水中,那么它们就不得不游泳了。”西蒙和他的同事们是在距离洪都拉斯首都60公里的热带雨林中拍摄下蛇怪蜥蜴在湖面上快速奔跑的镜头的,而这被证明是一项非常艰巨的工作。“当蛇怪蜥蜴逃跑时,80%的情况下它们会游泳逃生,而不是在水面上快速奔跑。因此能够拍下蛇怪蜥蜴在水面上奔跑的影像资料本身就非常困难。”

另外蛇怪蜥蜴的身体构造以利于它们在水上奔跑。蛇怪蜥蜴的脚趾细长,脚底下覆盖有鳞片。这些都有利产生气泡,蛇怪蜥蜴可以脚踏气泡在水面上奔跑。此前科学家已经研究发现蛇怪蜥蜴在水面上奔跑时能够产生很大的横向力,能够使它们身体保持正直。以1/80速度的慢镜头回放显示了其中的真正奥秘。西蒙说:“水被激起时就会产生这种神奇的水花,好像鹅卵石跌入水中。然而蛇怪蜥蜴已经在镜头上看不到了,因为它们的速度非常快。”

二、侏儒壁虎在水面上漂浮

凤凰彩票登陆 3 漂浮在水面上的蜥蜴

另外一种蜥蜴,名叫侏儒壁虎的微小生物面临着完全不同的情况。由于个头非常小,从头到脚长度只有2到4厘米,这种生活在巴西的物种常常受到雨水的困扰,哪怕是小小的水洼都足以使其溺毙。因此这种侏儒壁虎进化出皮肤防水的本领,这也使得它们遇到水洼时能够在水面行走。西蒙所带领的拍摄团队是在巴西亚马逊河热带雨林边缘地带遇到这种世界上最小的动物之一的。

西蒙说:“侏儒壁虎并不是通过水面来逃生的,对它们而言,一个小水洼也好似宽阔的湖泊。由于它们的个头非常小,因此它们能在水面上漂浮,它们不会打破水的表面张力。坦白地讲从前我从未见过类似的生物。”

侏儒壁虎有防水皮肤,好像雨衣一般。西蒙表示,科学家提出了一种假设,由于侏儒壁虎的个头非常小,它们必须进化出一种水上漂浮的本领,以防下雨时被淹死。

三、一些会水上漂功夫的小动物们

1.潜水甲虫“潜水艇”

在树林的小水坑里,我们经常可以找到一种叫龙虱的甲虫,龙虱亦称潜水甲虫。龙虱经常漂浮在水面,但是一旦遇到风吹草动,它们会立即钻到水下。它们非常贪食,只要有食物,它们真的是能吃到撑。它在水中时间超过1个小时后,会在尾部产生一个气体交换泡,进行水下气体交换。在龙虱鞘翅下面有一个贮气囊,这个贮气囊有着“物理鳃”的功能,当龙虱在水中上下游动时它还起定位作用。龙虱停在水面时,前翅轻轻抖动,把体内带有二氧化碳的废气排出,然后利用气囊的收缩压力,从空气中吸收新鲜空气。空气中氧的含量比水中多很多倍,因此水生昆虫在长期的进化演变过程中,学会了各种吸取空气的办法。龙虱依靠贮存的新鲜空气,潜入水中生活。当气囊中氧气用完时,再游出水面,重新排出废气,吸进新鲜空气。

2.水蜘蛛:蜘蛛世界里的叛逆者

水蜘蛛又叫银蜘蛛,是蜘蛛同类的唯一叛逆者——生活在水的世界。当它们潜入水中时,密布全身的防水绒毛就会附着许多气泡,犹如进入了一个空气层封闭的套子里。这奇特的气罩使水蜘蛛成了一个“水银球”,光彩照人。偶尔,它们还会用腹部的末端探出水面,托起一个大气泡招摇过市。

水蜘蛛善于在水生植物之间吐丝结网。由于在网下储存气泡,使原本开展的蛛网成了钟罩形,如同一个小型沉箱,它们便在沉箱里安营扎寨,雌蛛还在其中产卵孵化。水蜘蛛所拥有的气泡群不仅是储氧器,还是一种制氧器——能不断地从周围的水中吸取氧。这就是人们称之为“物理肺”的供氧装置。水蜘蛛在呼吸过程中使气泡中的氧浓度逐渐下降,一旦氧含量低于16%时,溶于水中的氧便会自行补充进气泡内来。水蜘蛛对环境的变化比较敏感。现在由于土地沙化以及水体污染等原因,我们已经很难找到它们的身影了。因此,水蜘蛛也是一种生态环境指示物种。

3.绿头鸭的高级“羽绒服”

我们都知道鸭子是可以游泳的,但是你知道这是为什么吗?首先,我们先了解羽毛的构造:羽毛由羽轴及羽瓣组成,羽瓣上有许多细小的丝状羽支,羽支上又有许多更细小的羽小支用来连接羽支,使得羽毛呈网状结构。而羽轴、羽支、羽小支均是类似于中空结构。所以,羽毛的密度会比水轻得多。再加上羽毛之间致密的交织排列以及羽毛表面特殊的疏水薄膜,使得鸭子的羽毛不会被水浸湿和浸透。其次,鸭子的尾部有一个腺体,专门分泌油脂。所以,野鸭们在岸上休息的时候,经常花费很长的时间梳理羽毛,它们用嘴巴在屁股上蹭那些油脂后再涂抹到全身,就是为了让油脂涂抹到全身羽毛上,这样羽毛遇水也不会变湿了。所有的游禽都有这样的本领噢!

从小生活在水边的孩子熟水性,生活在水边的动物也进化的熟悉水性,围绕着水的生活,使很多动物可以与水为伍,从这个角度想,可以在水上生活的生物也就不是什么特别奇怪的特殊事件啦。

波奇网诚征优秀稿件:投稿指南

相关标签:蜥蜴特点 蜥蜴品种 蜥蜴 蜘蛛

本文版权属于波奇网(www.boqii.com/baike/),转载请注明出处。商业使用请联系波奇网。

08758

上一篇: 蜥蜴在我国共有多少种?

下一篇:王八跟龟有什么区别?

“就是那时,我们发现了一些关于莫诺湖的非常奇怪的事情——它非常‘湿’。”Dickinson介绍说。昆虫通常利用细毛和蜡保持干燥,但这并不足以让莫诺湖水远离它们的皮肤。

比方说,对于汪星人来说,效果会是这样↓

不过,来自英国牛津大学自然历史博物馆的ZoeSimmons指出,当碳酸钠浓度特别高时,此项研究中的碱苍蝇表面开始变湿。这表明如果很多盐分在非常短的时间内被加到莫诺湖中,该物种可能面临着遭到污染的风险。

“空气潜水服”的秘密

那么,这些碱蝇到底是如何化身即时“潜水艇”,做到入水而不湿的?

仔细观察就会发现,碱蝇沿石灰岩爬入水中时,会在自己的身体和翅膀周围形成一个气泡,就像在入水的一刻给自己穿上了一套自助的“空气潜水服”。大部分身体都会被包裹其中,只留下口器用来吃饭。

在水底吃饱喝足之后,它会松开小爪脱离石灰岩,让自己上浮,在到达水面的一瞬间,“潜水服”自动破裂,碱蝇也顺势飞离水面。

凤凰彩票登陆 4身着“空气潜水服”的碱蝇。图片来源:参考文献[2]

凤凰彩票登陆 5Mono Lake中正在潜水的碱蝇图片来源:参考文献[2]

碱蝇的潜水神功,不由得令人心生羡慕,而这个不起眼的小家伙儿,到底因何获得“空气潜水服”,一直以来都是个谜……

为了破解这个谜团,,加州理工学院的Michael Dickinson教授带领团队,寻着当年马克吐温的足迹,又一次拜访了莫诺湖,希望能揭开碱蝇这套“空气潜水服”背后的秘密。

凤凰彩票登陆 6Michael Dickinson。教授图片来源:dickinsonlab.caltech.edu

当他们到达莫诺湖后发现,这里虽然风景美轮美奂,但湖水碱性很强,只有极少数的藻类能够生存,但是碱蝇似乎在此生活得逍遥自在(不愧是“碱”蝇啊!)。勘察一番后,他们决定从湖水成分和碱蝇身体这两个角度着手进行研究。

凤凰彩票登陆 7美丽却暗藏杀机的Mono Lake。图片来源:photorator

在正式试验开始前,需要有可定量的指标和装置来衡量我们实验对象的“湿身程度”。我们可以想象,如果我们的测试对象在水中越“湿”,那么其离开水面时就会更“拖泥带水”,所做的功也会越大。

为此,Michael团队设计了一个巧妙的装置,将昆虫固定在小棒后将昆虫“摁入”水中,随后再将其拉出水面,在这个过程中结合光学感应设备来测定昆虫进入水面与离开水面所需要的功,从而反映实验对象的湿身程度。

凤凰彩票登陆 8测定出入水面所需力的装置图及数据示例。图片来源:参考文献[2]

Michael团队首先想看看莫诺湖水有何特别之处,是否有一些成分让碱蝇保持不湿。然而,他们出乎意料地发现湖水中含有大量的Na2CO3,比其他普通的湖水还更易“湿身“,实验中各种与碱蝇体长类似的蝇类在这样的湖水中都变得非常“湿”[3],进入水中后就难以逃脱。

凤凰彩票登陆 9各类蝇类的湿身程度, Recovered Work越小,“越湿” (红框内是碱蝇)。图片来源:参考文献[2]

凤凰彩票登陆 10在湖水中湿了身的海带蝇。 图片来源:参考文献[2]

看来,湖水只能“帮倒忙”,没啥实际作用,核心技术一定还是由碱蝇自身掌握。

肉眼看不出什么区别,那就放大了再观察?

因此研究者们用扫描电镜给包括碱蝇在内的其他蝇类拍了个高清照,他们发现相比于其他蝇类,碱蝇表面覆盖着的刚毛最为密集。

“发量良好”会是碱蝇不怕湿身的原因吗?

随后的分析发现,拥有更多刚毛的蝇类湿身程度较低。但是,这似乎只是让碱蝇“不湿身”的因素之一,碱蝇的虽然刚毛密度最大但也只比海带蝇(Fucellia rufitibia)多了15%,但防水效果却比海带蝇好太多。

凤凰彩票登陆 11各种蝇类表面的显微结构(红框内的碱蝇表面有密集刚毛)。图片来源:参考文献[2] 

那么,还有没有别的原因呢?

研究团队接下来对碱蝇刚毛表面泛着光泽的贴身“护甲”产生了兴趣——他们利用气相色谱/质谱联用技术(GCMS)对这层护甲进行了化学成分分析,发现其中大部分为二十五烷及二十七烷这两类长直链烷烃,这与其他蝇类均不相同。

难道这才是碱蝇不湿身的真实答案吗?

破案心切的研究团队把这些碱蝇泡在己烷里洗了个澡,将这些长直链烷烃全部洗掉再进行实验,果然,没了护甲的碱蝇在莫诺湖的湖水中瞬间失去了平日的神气,入水之后就像其他蝇类一样湿了身。

凤凰彩票登陆 12碱蝇表面主要覆盖的是直链的二十五烷和二十七烷。图片来源:参考文献[2]

为啥长直链烷烃“护甲”可以帮碱蝇防水?

带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴凤凰彩票登陆。其实,液体与粗糙表面相互接触时主要有两种状态: 一种状态是Wenzel状态——表面间隙被液体填充,从而让整个固体表面变得很湿(类似你家主子)。另一种状态是Cassie-Baxter 状态——粗糙表面的间隙由气体填满,类似于碱蝇的那层“气体潜水服”;

凤凰彩票登陆 13固液接触时的两种状态。图片来源:参考文献[2] 

固液接触后具体出现哪种状态,取决于接触面的电荷相互作用等因素。如在高浓度碳酸钠的湖水中,大多数昆虫体表与湖水间的静电吸引力强,呈现出了Wenzel状态,从而导致湿身;而碱蝇表面的密集刚毛与长直链烷烃护甲有效地减少了碱蝇表面与湖水间的静电吸引力,从而呈现出了Cassie-Baxter状态,给予了碱蝇这层“空气潜水服”。

这种酷炫的潜水方式,其实是碱蝇为了适应极端环境进化而来的,搞清了它的机制,也可以为新型疏水材料的开发提供思路。

凤凰彩票登陆 14

带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴凤凰彩票登陆。什么都阻挡不了碱蝇下水寻找食物的决心!  

很久以前,人们便知道,碱苍蝇能在美国加州超级咸和强碱性的莫诺湖面下生存,并且以水下藻类为食。每只苍蝇的气泡都同身体上的皮肤很好地拟合在一起:它不会遮住苍蝇的眼睛,从而使其看清楚东西。

那么,对于小虫来说,是怎样一种情形呢?

图片来源:CalTech

乍看上去,昆虫们似乎可以淡定的在水面“凌波微步”,并不会“湿身”,然而,如果你将它们强行摁进水里就会发现,大部分昆虫­­­还是会变得湿漉漉,被困水中,无法挣脱,比你家汪/喵主子也好不到哪儿去。

一种奇怪的苍蝇能在有着完美形状的气泡内“潜水”。如今,人们或许知道了它是如何做到的。

喵星人呢,会变成这样↓

研究揭示小苍蝇如何在咸水湖中“潜水”

凤凰彩票登陆 15一只潜水后悠哉地浮上水面的碱蝇。图片来源:参考文献[2]

作家马克:吐温观察过碱苍蝇。他在1872年的著作《艰难历程》中写道:“你把它们放在水下多久都可以,只要你愿意——它们不会介意的——它们只会引以为豪。”

凤凰彩票登陆 16湿身之后被困在水里的昆虫。图片来源flickr

凤凰彩票登陆 17

凤凰彩票登陆 18水上漂的水蟋蟀(Velia caprai)。图片来源:uk-wildlife.

来自加州理工学院的MichaelDickinson和Floris van Breugel将碱苍蝇和6个其他苍蝇物种放入一盆含有不同盐浓度的水中。当被放入含有高浓度碳酸钠盐的溶液时,碱苍蝇在保持干燥并从水中逃走方面表现得比其他苍蝇物种出色很多。而研究发现,莫诺湖富含碳酸钠盐。

凤凰彩票登陆 19碰水后帅气不再的狗。图片来源:reddit。

对于许多陆地小动物来说,“潜水”是个极具挑战的项目,别说“潜”,光是被水淋湿,就会变得极其狼狈了——

但是!这种事儿对于生活在莫诺湖畔(Mono Lake)“身怀绝技”的小虫——碱蝇(Ephydra hians)来说,就得另当别论了。

研究花絮:

在莫诺湖的考察过程中,科研人员无意发现一个奇怪的现象——只要他们站在离湖边近的地方,这附近的湖面上就会有一些碱蝇失去了“不湿身”的能力,在进入水中后就被困住了。

一开始他们也十分疑惑,难不成是碱蝇怕人被吓到了?直到看到己烷浴池对碱蝇的作用后,他们才联想到,可能是当时自己身上含有油类的防晒霜惹的祸!

带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴凤凰彩票登陆。由于天热,防晒霜会随着汗液滴落到附近的湖水中,将一些油类物质带进湖水,溶解了碱蝇身上的直链烷烃,最终导致这些碱蝇不幸湿身。

感谢石悦琳,丁霄哲两位同学对本文修改提供的帮助。

(编辑:小柒)

就连大文豪马克·吐温在150年前就在莫诺湖边发出感慨:“你可以把它们随意地放在水中,无论多久都行,它们一点都不在意,而只会为此感到骄傲” ,“当你在水中放开它们的一刻,它们轻松地浮上水面,出水时比一份刚出炉的专利局文件还干燥”[1]

|· 本文来自“我是科学家”·|

参考文献:

  1. 翻译自马克·吐温的半自传体小说《Roughing it》一书。
  2. Van, F. B., & Dickinson, M. H. (2017). Superhydrophobic diving flies (ephydra hians) and the hypersaline waters of mono lake. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(51), 201714874.
  3. 有观点认为昆虫的体长能够影响其接触水时的表面张力,从而影响其出入水的能力。

本文由凤凰彩票登陆发布于科学技术,转载请注明出处:带你认识一种能在水面奔跑的蜥蜴凤凰彩票登陆

关键词: 凤凰彩票登陆