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為了能到高層偷襲你,蚊子特意修煉了渦旋秘籍
發布時間:2020-07-17     作者:蘇澄宇   來源:中國科普博覽   分享到:

在大家的印象里,蚊子這種只有幾毫米的昆蟲既飛不高,也飛不遠,只能在地面飛行。畢竟身材在那,而且只有一對兩三毫米長的翅膀和一對退化了的平衡桿。

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蚊子的翅膀 圖源:Sahibul-Saif Sheykh Abdul Kerim al-Kibrisi - WordPress.com

現在,科學家的研究顛覆了大家對蚊子飛行能力的看法。

在撒哈拉沙漠以南的半荒漠地區,攜帶瘧疾的蚊子借助風力,在一個晚上就能飛到離地面290米的高空,距離遠達數百公里。

2013年,美國國家過敏和傳染病研究所(NIAID)的科學家前往撒哈拉地區,在之后617天的時間,對當地的蚊子進行捕捉采樣。目的是為了研究蚊子在不同地區的遷徙能力。

他們用氦氣球在距離地面40米—290米的地方掉起垂直粘網。

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氦氣球和粘網 圖源:文獻1

結果,他們捕獲了46.1萬只昆蟲,其中包括2748只蚊子,并且235只是可以攜帶瘧疾的按蚊屬。也就是說,蚊子可以飛到290米高的地方。如果在更高的地方布置了粘網,或許還能捕捉到飛的到更高位置的蚊子,這也很難說。

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不同飛行高度捕捉到的蚊子種類及數量 圖源:文獻1

你也許會認為,距離地面近的網捕捉的蚊子會更多。然而,實際正好相反,粘網捕捉的蚊子數量是隨著高度的增加而增加。這說明,蚊子在高海拔地區亦可以進行遷徙。

被捕捉到蚊子超過80%是雌性,大家知道雌蚊子是會咬人的,90%的蚊子在飛行前吸過人血。

光是靠捕捉這些蚊子獲取的數據,科學家們不確定蚊子是從哪里飛來的,也不知道它們飛了多遠。因為只是對某個地點進行的采樣,只能說明某個位置出現了蚊子。

但借助氣象建模工具,通過現有的數據,同時考慮風向和風速,科學家計算了蚊子可能的飛行軌跡。科學家最終得出結論,一只蚊子靠自己的飛行能力和風力,在9個小時的夜間飛行中,飛行距離可達295公里。

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結合建模工具,科學家對不同種類的蚊子的遷徙距離進行了分析 圖源:文獻1

如果光憑想像,估計是個人都很難相信這種不起眼的生物可以飛那么遠。不光是普通人,科學家剛看到這個數據都會被驚到。2019,科學家把研究結果發表在《自然》雜志上。

雖然蚊子自己飛行距離有限,但有了風,飛行到更遠更高的地方咬人、傳播疾病,是沒有問題的。

這也是為什么即使你家住在21樓的高層建筑中,也會出現蚊子的原因。畢竟蚊子都可以最高飛到幾百米的高空了,還會在乎那21層樓,區區六十多米的高度嗎?

你也許會以為蚊子只分布在低海拔地區,但其實在喜馬拉雅這樣的高海拔地區,同樣有蚊子。

2007年,科學家對印度的加瓦爾專區的蚊子進行采樣,捕捉了300—1000m、1000—2000m、2000—3000m 不同海拔高度的蚊子。一共發現了34種蚊子,包括5個屬:伊蚊、按蚊、阿蚊、庫蚊和藍帶蚊。

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 不同海拔的蚊子出現種類,隨著海拔升高,出現的蚊子種類減少 圖源:文獻2

低海拔地區溫度濕熱,這里能捕捉到蚊子是毋庸置疑的,但高海拔到3000m的地方,雖然發現的蚊子種類不多,只有幾種,但也說明了一些蚊子的生存能力有多猛。

當然,蚊子可以通過電梯、一些管道飛到幾十層樓高的地方,但這些并沒有科學的研究說明,這只是大家的推測,從一些可能的途徑來分析。但現在你應該知道,光憑自己的一雙翅膀和風,蚊子就可以從外層直接飛到21層樓。

蚊子是如何飛行的?

蚊子和蜜蜂的飛行方式類似,都是通過振翅的方式,扇動空氣獲得上升力。不同的地方是,蚊子的振翅方式更快,而且振動的角度不大,大約只有40度,是蜜蜂的一半。也就是說,如果按照推理,蚊子是獲取不了蜜蜂那樣足夠的升力。

如果蚊子選擇了蜜蜂的大角度的振翅,那么蚊子飛行時的嗡嗡聲估計就要大一倍了,飛行聲音大了,就容易被人發現。

2017年,科學家通過慢鏡頭解開了蚊子飛行的秘密。來自牛津大學的科學家通過8個超高速攝像機,從8個角度拍攝一只蚊子是如何飛行的。

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試驗拍攝飛行中的蚊子 圖源:https://newatlas.com/

慢鏡頭下的蚊子振翅頻率比實際慢了700倍,之后通過計算機模擬制作了3D模型,可以讓科學家了解蚊子飛行中的氣流變化。

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8個視角下蚊子的飛行視圖 圖源:nature video

根據研究結果,蚊子在振翅過程中,和蜜蜂一樣的地方是,在翅膀前緣部分會產生一個小渦流,這種氣流減少了翅膀上方的壓力,就是說在振翅過程中會獲得一定的升力。

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蚊子產生的前緣渦流 圖源:nature viedo

但除了翅膀前緣的渦流,蚊子還在翅膀后緣形成了一個渦流,這是和蜜蜂不太一樣的地方。之所以可以在翅膀后方產生一個渦流,是因為它的翅膀不是垂直往下扇的,而是會在扇動的過程中進行反轉。

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后緣氣流 圖源:nature video

當翅膀后緣翻轉的時候,翅膀后緣與翅膀前緣拍打產生的流體對齊,產生渦流,重新獲得一些額外的升力。

此外,蚊子在扇翅過程中,還會產生一種旋轉阻力,來支撐它們身體的重量。

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旋轉阻力 圖源:nature video

這也許可以解釋,為什么蚊子小角度的拍打依舊可以獲取足夠的升力,因為它通過產生額外渦流的方式,彌補了振翅小角度振翅的缺點。

未來,科學家也許會把蚊子的飛行技術應用到更小的無人機上,只能希望那樣的無人機不會嗡嗡嗡……


參考文獻:

Huestis D L, Dao A, Diallo M, et al. Windborne long-distance migration of malaria mosquitoes in the Sahel[J]. Nature, 2019, 574(7778): 404-408.

Pemola Devi N, Jauhari RK. Mosquito species associated within some Western Himalayas phytogeographic zones in the Garhwal region of India. J Insect Sci. 2007;7:1‐10. doi:10.1673/031.007.3201

http://www.ox.ac.uk/news/2017-03-30-new-study-sheds-light-how-mosquitoes-wing-it

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