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水上“直男”-水黾

水黾(shui min)(water strider)是一种常见的水上昆虫,隶属于黾蝽科(Gerridae),常见于池塘或河流水面上。水黾主要以落在水上的其它昆虫或其他动物的碎片为食,生活环境包括湖泊、池塘等静水水面以及溪流等流动的水面,一般成群聚集在水面上,在我国南方部分地区经年可见。


水黾是昆虫中少数可以正常在水上生存的种类之一。这完全得益于水黾拥有的两项特殊技能:首先,水黾由于具有良好的疏水性,不会将自己润湿,可以长期生活在水面上;其次,水黾可以在水面飞快地移动,它水上行走方式既不会产生噪声也不会对水面产生破坏。


水黾躯干瘦长,长约 20mm,背部呈黑褐色,腹部有七节且分布有细小的白色绒毛。水黾的前腿明显较短,主要作用是捕食;中腿和两后腿较长,中腿主要在运动时提供驱动力;两后腿向后伸展,两后腿末端超出腹部尾端,主要用以维持身体平衡及辅助掌控方向。水黾终生生活于水面环境之中,借助腿下的疏水性刚毛和伸展的六条腿适应复杂的环境,使得水黾不会沉于水底或将其自身打湿,在水面上运动依靠六条腿的配合完成各种动作。


水黾腿部有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的针状刚毛,直径范围与长度均为微米级。这些刚毛同腿表面成一定倾角排列,在刚毛的表面有螺旋状纳米结构的沟槽。这些沟槽的空隙可以储存空气,由于空气的存在形成稳定的气膜,有效地阻碍了水滴的浸润,使得水黾腿具有超疏水特性。水黾腿表面还会分泌出一层腊状物质,这层腊状物使得水面的张力变大。依靠腿的超疏水特性和水表面张力,水黾能够有效减小水黾运动时迎面而来的波浪或水流、横向的推力以及在滑行中小的摩擦力,实现在水面快速地滑行、移动和跳跃。


水黾主要是利用其多刚毛的驱动腿在水中制造出螺旋状的漩涡,借助半球状漩涡的推动力,驱动腿,以椭圆的轨迹划动来实现运动。所以我们在看到水黾的时候,总会发现它们的足与水面接触部分波纹浮动。 美国麻省理工大学 John Bush 教授及其研究小组根据水黾运动特性还研制出了仿生水黾机器人。

 


水黾有两种运动形式,一种是滑行(gliding motion),一种是跳跃(leaping motion),水黾运动时强大的推力源自于水黾两条中腿的滑行,而与其他腿没有关系,前腿和后腿在运动过程中只是起到了平衡的作用,在滑行运动中,后腿保持不动;但在跳跃时水黾会有轻微的运动,这是由于后腿与水的摩擦以及腿与腿之间的干涉造成的。当水黾划水完成向前返回时,两中腿会抬起返回并最终会落在头部前端,水黾的转向也由中腿来完成的,中腿在转向时起到平衡的作用。


水黾中腿能够运动是由于水黾中胸部位肌肉起到了至关重要的作用,水黾身体中胸部位共有肌肉 34 块,对中腿动作有重要影响的肌肉有 10块,对于单侧中腿,使中腿动作的重要肌肉有 5 块,其中 3 块肌肉使中腿产生水平方向移动,2 块肌肉产生垂直方向移动。


不过虽然身体构造精密, 在水黾的世界中,所有雄性却都是十足的“流氓”,以类似“肮脏”手段要挟雌性完成交配。在雌性水黾腹部存在一种“生殖盾”的结构,“生殖盾”是一种可以控制开合的护瓣,只有在雌性愿意打开护瓣的情况下,雄性才能完成交配,这就意味着交配只能在雌性允许的情况下进行。而雄性水黾并不想在讨好雌性上花费太多心力,而直接采用了暴力手段。研究发现,雄性水黾在交配前会用脚轻轻在水面敲击,制造出人类肉眼难以看见的微小波纹。这种波纹对这种水黾通常是致命的,因为有可能引来掠食性鱼类。在雌性同意交配之前,“败类”们不会停止拍腿。雌性就范后,两者的交配姿势更显出雄性的残忍无情,它们爬到雌性身上,导致雌性面临更大威胁,更容易成为掠食者攻击的目标。真心希望“基因突变”可以早日帮助雌性水黾改变在两性战争中的不利地位,获得解放。


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