长着“机器”的小生物
2021-11-30
大自然探索 2021年10期

虽然自然界的一些生物体形很小,但是它们身体里竟然有非常复杂的控制系统或机械结构,其中不少与人类的发明不谋而合,这不能不让人感慨进化的神奇。
蜡蝉的生物“齿轮”
齿轮由于传动效率高、传动比准确、功率大,成为一种在工业产品中广泛应用的机械元件,在汽车、手表和铰链等的内部都有齿轮的身影。有意思的是,英国科学家最近首次在一种动物——蜡蝉身上发现了类似齿轮的结构。动物一般以跳跃的方式进行快速移动。为了逃离险境,蜡蝉跳得不但快而且远,而这种超群的跳跃能力离不开它们腿部的“齿轮”。
体形较大的动物一般通过神经系统来控制跳跃:当腿部撑开进行跳跃时,必须通过稳定的调节和反馈回路来保持双腿同步,否则动物就会失去控制。而蜡蝉双腿肌肉的收放速度比神经信号的传递速度更快。在跳跃过程中,蜡蝉将两只后腿锁定在准备跳跃的位置(两腿运动的同步精度达到了30万分之1秒),并绷紧身体积攒势能。在它两只后腿的顶部,有一对鱼翅状的小“齿轮”像拉链一般整齐地互相咬合,在短短2毫秒内,蜡蝉可以以普通家用轿车最大起步加速度82倍的加速度向前弹出,最高瞬时速度超过每小时12.8千米。这个速度看上去也许并不惊人,但蜡蝉的体长不到2.5毫米,如果将蜡蝉等比例放大到汽车大小,蜡蝉的最高运动速度将超过每小时1万千米。
蜡蝉并不是在整个生命周期里都具备这对“齿轮”。在幼年期,蜡蝉会进行六七次蜕皮,更新包括“齿轮”在内的外骨骼。……
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