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    為了活命,長成啥樣不重要。蛾子表示,隱形的翅膀更香!

    2021-5-26 16:51:46 新聞來源:家電品牌網

    每一個生命自誕生之時起,就有個伴隨其一生的主線任務:活著。

    對于我們身處現代社會的大多數人類而言,活著似乎是一件如呼吸般自然而然的事情;然而對自然界的動物來說,能夠活著需要經歷如同打怪升級般的許多考驗。

    大部分的動物都是獨行者,吃什么,住哪里,它們的一生充滿了不確定性。對于處于食物鏈中下游的物種而言,還需要面對一個更大的危險——天敵。

    遭受獅子( Panthera leo )攻擊的非洲野水牛( Syncerus caffer ) | Wikimedia Commons, Demetrius John Kessy / CC BY 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

    為了能夠活著,天敵和獵物都在如同競賽般地不斷演化。在這個長期競賽的過程中,獵物們演化出了各式各樣的防御手段,來避免自己種族滅亡。它們有的跑的非???,有的身披堅硬的護甲,有的晝伏夜出,還有的選擇特殊或惡劣的環境來遠離天敵的侵擾。

    其中,獵物們最常見也最五花八門的一種防御手段便是 偽裝。

    樹葉,還是樹枝?

    說起動物界的偽裝大師,就不得不提耳熟能詳的明星物種:枯葉蝶。

    枯葉蝶一般指枯葉蛺蝶( Kallima inachus ),屬于蛺蝶科枯葉蛺蝶屬的一種大型蝴蝶。它們的翅膀在經年累月的演化后,形狀和顏色都像極了枯葉,可以有效地躲避靠視覺捕獵的鳥類天敵。

    偽裝技術同樣高超的還有和枯葉蝶齊名的竹節蟲。竹節蟲是昆蟲綱竹節蟲目( Phasmatodea )一類昆蟲的統稱。它們全身大多是褐色或者綠色,用來模擬老樹或是新枝,身體和四肢也都直直的像根樹棍。

    左:枯葉蛺蝶( Kallima inachus ) | Wikimedia Commons, Quartl / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);

    右:竹節蟲( Ctenomorpha chronus )| Wikimedia Commons, Fir0002 / BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)

    像枯葉蝶和竹節蟲這種模擬偽裝成另一種生物或物體而使自己受益的現象,被稱之為擬態(Imitation)。

    偽裝成天敵的天敵

    同樣是擬態,有的動物選擇使自己“大隱隱于市”,而有的動物卻選擇了另一條路—— 假扮天敵的天敵。

    許多蝴蝶的翅膀上都有圓形的眼狀斑紋,而貓頭鷹環蝶屬( Caligo )物種的眼斑的仿真程度則達到了頂峰。它們后翅翅底上有一對像極了貓頭鷹眼睛的斑紋,這種蝴蝶也因此得名。許多以昆蟲為食的小型鳥類會捕食蝴蝶,而貓頭鷹則會捕食這些小型鳥類,貓頭鷹蝶的貓頭鷹“皮膚”便可以對鳥類起到恐嚇作用,通過假扮成貓頭鷹,就可以避免被自己的天敵吃掉。

    左:貓頭鷹蝶( Caligo eurilochus ) | Wikimedia Commons, Richard Bartz, Munich aka Makro Freak / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5);

    右:雕鸮( Bubo bubo )| Wikimedia Commons, Brocken Inaglory / CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

    暗夜中看不見的斗爭

    鳥類和蝴蝶占據了白日的天空,而黑夜則是蝙蝠和飛蛾的天下。

    飛蛾和蝴蝶共同構成了昆蟲綱的第二大目:鱗翅目。雖然蝴蝶的出鏡率更高,但飛蛾的種類卻遠多于蝴蝶。

    飛蛾大多數情況下只在夜間活動,是十足的夜貓子。夜間活動的好處是避免遇到鳥類等白天活動的天敵,但也因此碰到了白天碰不到的天敵——蝙蝠。

    雖然有些種類的蝙蝠是以水果花蜜等為生的素食主義者,但大多數種類的蝙蝠都會捕食飛蛾等昆蟲。

    以水果為生的短耳犬蝠( Cynopterus brachyotis )| Wikimedia Commons, Anton 17 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

    適應了夜晚黑暗,飛蛾不需要蝴蝶那般華麗的外表來吸引異性或恐嚇天敵,通常的種類都是一副土肥圓的長相。蝙蝠則演化出了回聲定位的能力,以彌補視力的不佳。

    在蝙蝠和蛾子相遇的幾千萬年歷史中,飛蛾演化出了各式各樣的手段來躲避蝙蝠的回聲定位捕食。

    許多飛蛾都有聽覺器官,某些種類的蛾子能夠 聽到蝙蝠發出的超聲波。當飛蛾聽到蝙蝠發出的超聲波后,便會采取不規則的飛行路線,從而有效地降低被蝙蝠捕捉到的概率。還有些蛾子,則采取了主動出擊的方式。它們可以 發出和蝙蝠類似的超聲波,從而干擾蝙蝠的回聲定位。

    然而飛蛾中有些種類既沒有聽覺,也不能發出超聲波,但它們也好好地存活著,并沒有被蝙蝠吃到滅門。它們是靠什么手段存活下來的呢?

    可以干擾蝙蝠回聲定位的虎蛾( Bertholdia trigona ) | Wikimedia Commons, Ajcoyote / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

    躲避聲波雷達的“隱身術”

    這些沒有聽覺和發聲能力的蛾子找到了另一種隱身方法—— 吸收超聲波。

    2020年,來自布里斯托大學的托馬斯·尼爾(Thomas Neil)等人在《美國科學院院刊》( PNAS )上發表了一篇文章,發現這類蛾子翅膀具有吸收超聲波的能力,而這種翅膀對于蝙蝠的回聲定位系統而言,是不可被探測到——隱身的。

    實驗中選用了中國柞蠶蛾( Antheraea pernyi )和非洲大蛾( Dactyloceras lucina ),這兩種蛾子都聽不到蝙蝠發出的超聲波,也無法發出干擾蝙蝠的超聲波。而且它們在蛾子中屬于大塊頭,翅膀張開能有大約17厘米寬,甚至比某些小型蝙蝠還要大,理應在蝙蝠的超聲波定位下無處可遁。

    上:非洲大蛾 | Wikimedia Commons, JohnSka / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);

    下:中華柞蠶蛾 | Wikimedia Commons, Shawn Hanrahan / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

    而蝙蝠卻有可能探測不到它們的存在。

    通過實驗和數值模擬等方法,科學家發現,原來這兩種飛蛾翅膀上的鱗片可以吸收更多的超聲波能量,從而減少了被蝙蝠探測到的風險。

    并且這種可吸收超聲波的翅膀適用范圍很廣。不同種類蝙蝠發出的超聲波頻率可能不同,而蛾子單個鱗片吸收超聲波最好的頻率卻相對固定。為了應對各種蝙蝠,飛蛾巧妙地將翅膀上兩種不同形態的鱗片(短而粗的基鱗和長而細的蓋鱗)組合了起來。再加上每種鱗片具有不同的形狀和大小,組合在翅膀上就成了能吸收不同頻率超聲波的完美隱身衣。

    蛾子翅膀的局部3D圖像(基鱗用橙色標出,蓋鱗用藍色標出)| Simon Reichel, Thomas Neil, Zhiyuan Shen & Marc Holderied

    回聲圖像中,可以隱身的中華柞蠶蛾(上)和沒法隱身的統帥青鳳蝶( Graphium agamemnon )(下) | Marc Holderied, Thomas Neil

    科學家進一步發現,飛蛾翅膀上的鱗片陣列屬于聲學上的 超材料(Acoustic Metamaterials),其對超聲波的整體吸收效果要優于單個鱗片吸收效果之和,即一加一大于二。

    有了超材料翅膀的加持,飛蛾便消失在了蝙蝠的回聲中。

    類似飛蛾的隱身手段,也出現在了人類的設計中。在現代戰機中,最先進的技術之一便是隱形技術,其中最常用的就是雷達隱形技術。

    類似于蝙蝠通過發射超聲波并接受回聲來判斷飛蛾的位置,雷達可以通過發射電磁波,并通過反射的回波來判斷掃描范圍內戰機的位置。擁有雷達隱身技術的戰機表面涂有隱形涂料, 可以像飛蛾翅膀上的鱗片陣列吸收超聲波一樣吸收雷達波,同時結合低反射面的外形設計,使其消失在雷達的“視野”之中。

    左:探測飛行物的雷達 | Wikimedia Commons, Bukvoed / CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);

    右:國產隱形戰機殲-20 | Wikimedia Commons, Alert5 / CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

    競爭是最好的驅動力,動物和天敵的競爭不會有真正的結果,借用《獅子王》中的話來說:Life is a circle;而人類世界里,技術與設備的競爭在你追我趕地步步升級,只有不停地奔跑,才能停留在原地。

    或許,連你我充斥著“內卷”文化的生活也是如此。

    有的蝴蝶努力演化,“改頭換面”,躲避天敵。有的科學家,卻用一生,去努力靠近和理解它的一生。

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