甲虫身上的高科技

甲虫身上的高科技

生物多样性到底有多重要,别的不说,从千奇百怪的物种身上我们能够学到很多东西。以甲虫为例,它们不但看上去样子很酷,受它们的启发,还可能诞生全自动驾驶汽车、超级抗生素、下一代灭火器等等。

南方报业新闻 时间: 2011年01月30日 来源: 南方都市报

作者：

　　2010年是联合国认定的国际生物多样性年。说到多样性,没有任何生物可以和甲虫相比。迄今为止,科学家们发现了约35万种甲虫,占所有已知物种的1/4。生物学家们相信,在热带丛林中还有成千上万种不为人知的甲虫种类。在庞大的甲虫家族中,有不少成员进化出来惊人的特性,比如超常的灵敏性、水下呼吸能力、强大的免疫系统。不幸的是,栖息地被破坏和气候变化可能导致很多不为人知的甲虫特技永远被埋没。下文将列举10种启发人们取得技术突破的甲虫。

　　1.吉丁虫

　　昆虫收藏家和珠宝设计师们都偏爱这种吉丁虫,所以它们又被叫做珠宝甲虫。在不久的将来,汽车制造商和铸币工可能也会成为它们的粉丝。2009年,《科学》杂志上刊登的一篇论文阐述了一种吉丁虫通过5、6、7边形的细胞结构创造出闪耀迷人的绿色。这些多边形细胞像水晶一样反射阳光,应用同样的光学原理可以设计出光彩夺目的颜色。潜在用途包括可以根据视角变换颜色的汽车涂料、钞票的防伪涂层等等。

2.犀牛甲虫

　　犀牛甲虫家族的雄性拥有像犀牛一样突出、粗壮的大角,因此而得名。它们是甲虫家族中的大个子,可以长到6.5英寸长。在世界某些地区,有斗犀牛甲虫的习俗,在日本的路边售货自动机里还可以买到当宠物出售的犀牛甲虫。然而,犀牛甲虫的最大特点是它的力量。如果按比例计算,它可能是世界上力气最大的生物。某些种类的犀牛甲虫能够举起相当于自身重量800倍的物体。和其他昆虫一样,甲虫力大无穷的诀窍在于它们的身体构造。内布拉斯加大学的昆虫学家布雷特·拉特克利夫说,“脊椎动物的骨骼在内肌肉在外,而无脊椎动物正相反。因此,从某方面说,这些甲虫就像是机器人。”美国国防部高级研究计划局(DARPA)试图将犀牛甲虫改造成生物和机器的结合体,用于情报收集。加州大学的科学家将电极和微型无线电安装到圣甲虫身上——犀牛甲虫也是圣甲虫的一种——对它们进行遥控。在未来某天,这些生物机械结合体可充当微型间谍,或用于搜救行动。

3.屎壳郎

　　正如其名,屎壳郎大部分时间都在屎堆里,甚至以排泄物为食。由于生活在这种微生物丰富的环境中,屎壳郎可能拥有世界上最强大的免疫系统。这个环境中也包括人类病原体,而屎壳郎却能在其中舒适生活。因此,屎壳郎成了科学家们的研究对象,研究者希望从它身上找到新的抗生素或其它对抗微生物的元素。南非威特沃特斯兰德大学的自然科学讲师蒙迪·特瓦萨和他的同事们正在为当地一种屎壳郎建立基因数据库,用于分离、研究和感染应激机制有关的基因。目前,还没有受屎壳郎启发的药物进入临床试验,但特瓦萨说,这一天可能就在不远的将来。除了潜在的医学用途之外,屎壳郎还有利于农业。某些种类的屎壳郎将找到的粪便累积起来滚成一个大屎球,也有的把它们埋藏在土壤中。勤劳的屎壳郎可以帮助清除土地上的粪便,消灭害虫滋生的场所,还可以将肥料运送到土壤中。

4.豉甲

　　这种线条流畅的黑色甲虫栖息在水塘中,它们眼睛构造独特,可以同时看到水面和水下。但是真正引起科学家注意的是,每当受到威胁、猎食或交配时,豉甲就会绕着圆圈游动。不同于鱼、海狮这类身体柔韧的动物,甲虫的骨骼是无法弯曲的,在这一点上它们有点类似硬壳船只。纽约州立大学波茨坦分校的生物学家威廉·罗姆尼说,“它们很像船只,部分身体在水面,部分在水下。”然而,身体僵硬的豉甲通过翅膀和腿的驱动,可以绕着半径很小的圆圈运动。“甲虫不比身体柔韧的机体灵活,但是它们比普通无人机要好。目前无人机的转弯半径都不理想。”西切斯特大学的生物学家弗兰克·费希说。豉甲的腿既可用于游泳也可用于陆地行走,借鉴它,工程师也许能够研制出水陆两用的机器。费希说,成群豉甲的组合模式对未来发明也可能具有启发价值:航海工程师、赛艇设计师,甚至海军战术专家都可能参考它们的组合模式。

5.长臂天牛

　　因为通身斑斓热闹的色彩,长臂天牛通常又被称为丑角甲虫。它们常见于墨西哥和南美洲,雄性长着一对超长的前腿——长度甚至超过身体的长度——既是求偶时炫耀的资本也是协助爬树的工具。热带树干是真菌滋生的地方,因此,长臂天牛必须和这种顽固的微生物争夺生存空间。2003年,法国科学家从长臂天牛身上分离出新的抗真菌物质。这种物质可能帮助制造出能够对抗顽固念珠菌感染的药物。真菌感染正在造成越来越多住院病人的死亡。

6.放屁虫

　　放屁虫属于步甲科,在遭遇攻击时,可以从腹部尖端释放出高温有毒液体,连续轰击攻击者,并发出类似放屁的声音。放屁虫体内有一对燃烧舱,专门用于混合储藏在不同腺体中的化学物质,混合反应迫使滚烫的液体通过甲虫外骨骼上的“排放阀”喷射出体外。一些生活在非洲的放屁虫有可以旋转的“排放阀”,可以使“弹药”精确射向几乎任何方向。放屁虫这种精密的防御系统被转化为另一种叫μMist的技术。瑞典3000仿生技术公司申请了该技术专利,它可以精确控制喷淋粒子的大小和温度。实际用途包括改进汽车的燃料喷射系统、研制下一代灭火器、改进药用喷雾器,等等。

7.大龙虱

　　大龙虱是世界上体积最大的水生甲虫之一,最长可以达到1.5英寸。这种凶猛的猎食性昆虫能够捕食一切它咬得动的东西,包括蛙和鱼。虽然能够飞行,并且依然依靠翅膀寻找新的猎食场所,大龙虱大部分时间都生活在水下。为了防止溺水,它的腹部上长着细细的刚毛,使得通气口(呼吸系统的开口)不被打湿。诺丁汉特伦特大学的物理学家格伦·麦克希尔解释说,“这就好比钉子床效应。一根钉子可以刺破皮肤,但是如果躺在钉子床上,压力被众多的钉子分摊,皮肤——或者说甲虫腹部刚毛附近的水表面——就不会被破坏。这一现象导致形成一个水银色的空气层,又被称为腹甲,通过它渗入氧气,渗出二氧化碳。在大龙虱寻常可见的英国,麦克希尔和他的同事们正在研究如何将这胸甲原理应用于合成材料。他们希望能够创造出人类使用的人工腮,但如何防止氧气水平下降似乎是个棘手的难题。另一种更有潜力的用途:氢燃料电池驱动的潜水装置,它能直接从水中摄取氧,制造能源。

8.白金龟

　　生活在东南亚的白金龟有一层白色的伪装,便于它们隐藏在白色的真菌中。多数动物(和无生命的物体)的颜色都来自色素或是能够吸收反射特定颜色光线的有序排列的表面结构。然而,白金龟的鳞片上分布着混乱无序的细丝,有效地分散照射在上面的光源,产生白色。英国艾克塞特大学的物理学家皮特·弗库斯科说,“这一发现让人深受启示。”弗库斯科和他的同事们2007年在《科学》杂志上公布了这一发现。值得一提的是,白金龟用于制造闪亮白色的无序结构比普通合成增白剂中的类似结构要纤细100倍。在去年公布的研究报告中,弗库斯科和他的同事们讨论到将这一原理用于制造超白办公用纸,其他用途还包括:涂料和用途广泛的(比如用于牙齿漂白)增白剂。

9.纳米布沙漠甲虫

　　生活在沙漠中的纳米布沙漠甲虫进化出一种在干旱地区获得水的聪明方法。它们翅膀的纹理特殊,上面密布微型山峦和沟壑,可以直接从空气中摄取水分。小水珠凝结在翅膀表面,汇集成大水珠。再通过甲虫拱起的背部流进它的嘴里。2006年,在《纳米学报》上,麻省理工学院的材料科学家迈克尔·拉伯纳和罗伯特·科恩声称用纳米材料成功模仿了纳米布沙漠甲虫的水采集和控制技术。现在,他们正和牛津大学的安德鲁·帕克合作,进一步开发可以用于沙漠地区(尤其是发达国家)采集水分的仿生材料。

10.斑蝥

　　当然,并非所有甲虫都是对人类有益的:某些甲虫——比如松蛀虫及亚洲长角甲虫——可以破坏掉一整片森林。也有报道说,亚洲长角甲虫的肚子里藏着新型廉价生物燃料的秘密。另一个有趣的好坏参半的例子是臭名昭著的斑蝥。这种宝石绿色的甲虫能够释放一种防御性化学物质斑蝥素,刺激动物皮肤。医学上采用这种物质来去除皮肤上的疣。有人提出,它还可以用于对抗肿瘤。然而,斑蝥更广为人知的用途是作为春药。服用后,斑蝥素可导致尿道发炎,生殖器肿胀。服用过量的斑蝥粉末可以致使男性生殖器持续勃起,再加大剂量甚至可能导致死亡。由于这个原因,以斑蝥为原料的春药在美国不允许被使用在人身上,但牧场主们偶尔会用它增加动物情趣。　　　编译:宇