茉莉花新闻网

中華青年思想與行動的聚合地

有的蝶像叶,有的虫像枝,有的蛾子……哪儿去了?| 果壳 科技有意思

每一个生命自诞生之时起,就有个伴随其一生的主线任务:活着。

对于我们身处现代社会的大多数人类而言,活着似乎是一件如呼吸般自然而然的事情;然而对自然界的动物来说,能够活着需要经历如同打怪升级般的许多考验。

大部分的动物都是独行者,吃什么,住哪里,它们的一生充满了不确定性。对于处于食物链中下游的物种而言,还需要面对一个更大的危险——天敌。

遭受狮子(Panthera leo)攻击的非洲野水牛(Syncerus caffer) | Wikimedia Commons, Demetrius John Kessy / CC BY 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

为了能够活着,天敌和猎物都在如同竞赛般地不断演化。在这个长期竞赛的过程中,猎物们演化出了各式各样的防御手段,来避免自己种族灭亡。它们有的跑的非常快,有的身披坚硬的护甲,有的昼伏夜出,还有的选择特殊或恶劣的环境来远离天敌的侵扰。

其中,猎物们最常见也最五花八门的一种防御手段便是伪装

树叶,还是树枝? 

说起动物界的伪装大师,就不得不提耳熟能详的明星物种:枯叶蝶。

枯叶蝶一般指枯叶蛱蝶(Kallima inachus),属于蛱蝶科枯叶蛱蝶属的一种大型蝴蝶。它们的翅膀在经年累月的演化后,形状和颜色都像极了枯叶,可以有效地躲避靠视觉捕猎的鸟类天敌。

伪装技术同样高超的还有和枯叶蝶齐名的竹节虫。竹节虫是昆虫纲竹节虫目(Phasmatodea)一类昆虫的统称。它们全身大多是褐色或者绿色,用来模拟老树或是新枝,身体和四肢也都直直的像根树棍。

tkRmVN3TC2rr5341Tl7bw5yLnOvbgcShdPjeIoDdflENBAAACAMAAEpQ

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

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

像枯叶蝶和竹节虫这种模拟伪装成另一种生物或物体而使自己受益的现象,被称为拟态(Imitation)。

  伪装成天敌的天敌  

同样是拟态,有的动物选择使自己“大隐隐于市”,而有的动物却选择了另一条路——假扮天敌的天敌

许多蝴蝶的翅膀上都有圆形的眼状斑纹,而猫头鹰环蝶属(Caligo)物种的眼斑的仿真程度则达到了顶峰。它们后翅翅底上有一对像极了猫头鹰眼睛的斑纹,这种蝴蝶也因此得名。许多以昆虫为食的小型鸟类会捕食蝴蝶,而猫头鹰则会捕食这些小型鸟类,猫头鹰蝶的猫头鹰“皮肤”便可以对鸟类起到恐吓作用,通过假扮成猫头鹰,就可以避免被自己的天敌吃掉。

zdBGKp0w2x T ZNgv0ecyFzDpKTJMc9Nosuw1RBaQnD5AAAA QAAAFBO
vSjK3eDyUvhLIfTDze5NcnKsb cR2WYePEuTRRsh9wbJAgAAyAIAAFBO

左:猫头鹰蝶(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/)

 暗夜中看不见的斗争 

鸟类和蝴蝶占据了白日的天空,而黑夜则是蝙蝠和飞蛾的天下。

飞蛾和蝴蝶共同构成了昆虫纲的第二大目:鳞翅目。虽然蝴蝶的出镜率更高,但飞蛾的种类却远多于蝴蝶。

飞蛾大多数情况下只在夜间活动,是十足的夜猫子。夜间活动的好处是避免遇到鸟类等白天活动的天敌,但也因此碰到了白天碰不到的天敌——蝙蝠。

虽然有些种类的蝙蝠是以水果花蜜等为生的素食主义者,但大多数种类的蝙蝠都会捕食飞蛾等昆虫。

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

适应了夜晚黑暗,飞蛾不需要蝴蝶那般华丽的外表来吸引异性或恐吓天敌,通常的种类都是一副土肥圆的长相。蝙蝠则演化出了回声定位的能力,以弥补视力的不佳。

在蝙蝠和蛾子相遇的几千万年历史中,飞蛾演化出了各式各样的手段来躲避蝙蝠的回声定位捕食。

许多飞蛾都有听觉器官,某些种类的蛾子能够听到蝙蝠发出的超声波。当飞蛾听到蝙蝠发出的超声波后,便会采取不规则的飞行路线,从而有效地降低被蝙蝠捕捉到的概率。还有些蛾子,则采取了主动出击的方式。它们可以发出和蝙蝠类似的超声波,从而干扰蝙蝠的回声定位。

然而飞蛾中有些种类既没有听觉,也不能发出超声波,但它们也好好地存活着,并没有被蝙蝠吃到灭门。它们是靠什么手段存活下来的呢?

xB RiujcBAfzE7qwo6RwhqolOCZVsJiY0ZtqrTrAbDTgAwAA gIAAEpQ

可以干扰蝙蝠回声定位的虎蛾(Bertholdia trigona) | Wikimedia Commons, Ajcoyote / CC BY-SA 3.0   (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

 躲避声波雷达的“隐身术”  

这些没有听觉和发声能力的蛾子找到了另一种隐身方法——吸收超声波

2020年,来自布里斯托大学的托马斯·尼尔(Thomas Neil)等人在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表了一篇文章,发现这类蛾子翅膀具有吸收超声波的能力,而这种翅膀对于蝙蝠的回声定位系统而言,是不可被探测到——隐身的。

实验中选用了中国柞蚕蛾(Antheraea pernyi)和非洲大蛾(Dactyloceras lucina),这两种蛾子都听不到蝙蝠发出的超声波,也无法发出干扰蝙蝠的超声波。而且它们在蛾子中属于大块头,翅膀张开能有大约17厘米宽,甚至比某些小型蝙蝠还要大,理应在蝙蝠的超声波定位下无处可遁。

zxM90YjKakIEGuG mVSPGHWwuOvf zAtNHkNqqYEDtljAwAAmAMAAEpQ

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

下:中华柞蚕蛾 | Wikimedia Commons, Shawn Hanrahan / CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)

而蝙蝠却有可能探测不到它们的存在。

通过实验和数值模拟等方法,科学家发现,原来这两种飞蛾翅膀上的鳞片可以吸收更多的超声波能量,从而减少了被蝙蝠探测到的风险。

并且这种可吸收超声波的翅膀适用范围很广。不同种类蝙蝠发出的超声波频率可能不同,而蛾子单个鳞片吸收超声波最好的频率却相对固定。为了应对各种蝙蝠,飞蛾巧妙地将翅膀上两种不同形态的鳞片(短而粗的基鳞和长而细的盖鳞)组合了起来。再加上每种鳞片具有不同的形状和大小,组合在翅膀上就成了能吸收不同频率超声波的完美隐身衣。

tlZtOdIrfWqX 6LwjcaPmVZVXjlvVTzXcNnEYdqvauE4BAAAzwIAAEpQ

蛾子翅膀的局部3D图像(基鳞用橙色标出,盖鳞用蓝色标出)| Simon Reichel, Thomas Neil, Zhiyuan Shen & Marc Holderied

i SbNVPJaHOR 9ADtHl3t1C2Soc3A14Srth0e8NtaQ44BAAAYAIAAEpQ

回声图像中,可以隐身的中华柞蚕蛾(上)和没法隐身的统帅青凤蝶(Graphium agamemnon)(下) | Marc Holderied, Thomas Neil

科学家进一步发现,飞蛾翅膀上的鳞片阵列属于声学上的超材料(Acoustic Metamaterials),其对超声波的整体吸收效果要优于单个鳞片吸收效果之和,即一加一大于二。

有了超材料翅膀的加持,飞蛾便消失在了蝙蝠的回声中。

类似飞蛾的隐身手段,也出现在了人类的设计中。在现代战机中,最先进的技术之一便是隐形技术,其中最常用的就是雷达隐形技术。

类似于蝙蝠通过发射超声波并接受回声来判断飞蛾的位置,雷达可以通过发射电磁波,并通过反射的回波来判断扫描范围内战机的位置。拥有雷达隐身技术的战机表面涂有隐形涂料,可以像飞蛾翅膀上的鳞片阵列吸收超声波一样吸收雷达波,同时结合低反射面的外形设计,使其消失在雷达的“视野”之中。

yY4FCjel25QI GPNy2U4zi9i5Wa4f6jCZN KgwPhYew4BAAAvgEAAEpQ

左:探测飞行物的雷达 | Wikimedia Commons, Bukvoed / CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0);

右:国产隐形战机歼-20 | Wikimedia Commons, Alert5 / CC BY-SA 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

竞争是最好的驱动力,动物和天敌的竞争不会有真正的结果,借用《狮子王》中的话来说:Life is a circle;而人类世界里,技术与设备的竞争在你追我赶地步步升级,只有不停地奔跑,才能停留在原地。

或许,连你我充斥着“内卷”文化的生活也是如此。

参考文献

[1] Neil, T.R., Shen, Z., Robert, D., Drinkwater, B.W., Holderied, M.W. (2020). Moth wings are acoustic metamaterials, National Academy of Sciences, 117, 31134–31141.

[2] Corcoran, A. J.; Barber, J. R.; Conner, W. E. (2009). "Tiger moth jams bat sonar". Science. 325 (5938): 325–327.

[3] http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2009/7/221853.html

[4] Lalita Acharya and M Brock Fenton. Bat attacks and moth defensive behaviour around street lights. Canadian Journal of Zoology. 77(1): 27-33. https://doi.org/10.1139/z98-202

[5] https://en.wikipedia.org/wiki/Stealth_technology

作者:源的天空

编辑:悲催的铊宝宝 酥鱼

排版:苏木云实 凝音

aYGsBWzVOLuqHJ iIkCSnnbNaiNQLqQstUu98zaaD7w4BAAAkAIAAEpQ
A25gVQDhJV2AI7V cobgtuwLtoEiFNINbY8elTdmOdSdAwAAowEAAEpQ

本文版权属于“我是科学家”,未经授权不得转载。

如需转载请联系[email protected]

分割线

“科普中国-我是科学家”2021年第二场演讲要到来啦!

你是否了解科普展览中的科学与艺术?你是否知晓人与空间会发生怎样的故事?你是否好奇如何重焕文物光彩?亦或者你愿意思考科学、技术与艺术的全新关系,愿意点燃希望,让孩子们再次感受生命的力量?科学向美而行,我们都是发现美的眼睛。

亲爱的观众朋友,根据疫情防控最新要求,原定于4月24日(周六)下午14:00在上海自然博物馆地下2层中庭举行的“科普中国-我是科学家”第33期演讲,将取消线下活动,改为19:00进行线上直播。

您可以在一直播、b站、腾讯、抖音、快手、视频号等平台看到“科普中国-我是科学家”第33期直播。欢迎扫码预约~

如果您有问题想问5位演讲嘉宾,欢迎在评论区留言。我们会挑选出最有趣的问题在演讲现场邀请科学家回答。如果您的问题入选,将由主持人现场向科学家提问,并收录到回顾短视频中哦~

给您造成的不便深表歉意,我们诚挚地邀请您预约观看线上直播,与科学之美同行!

欢迎关注“科普中国-我是科学家”演讲

在一直播、b站、腾讯、抖音、快手、视频号的精彩直播

科普中国-我是科学家

F4YREtM30IEa7SO2XJ4Vd9eHn7dDBAKjv1nt2HckeZcWAAAAGQAAAFBO
TKBnvWJQACIT0Drws5drMuWBsWLSGB2LsFqanby3SUqEAwAAhAMAAEpQ

一直播

SOWS 6BVU8A6KGhMPSyVLTxMLRVMPBhIw

上海自然博物馆b站

b站

E

腾讯新闻

XJA3pzmz88ypHRh2HfTQymMBUNRE8LJY7vJEkVqyesnqAQAA6gEAAFBO

抖音

g7nZbV O6Y4FdYdtvafo5u2EVsXw18sA786YvojGQmcEAgAABAIAAEpQ

快手

同类信息

查看全部

茉莉花论坛作为一个开放社区,允许您发表任何符合社区规定的文章和评论。

茉莉花新闻网

        中国茉莉花革命网始创于2011年2月20日,受阿拉伯之春的感召,大家共同组织、发起了中国茉莉花革命。后由数名义工无偿坚持至今,并发展成为广受翻墙网民欢迎的新闻聚合网站并提供论坛服务。

新闻汇总

邮件订阅

输入您的邮件地址:

linkedin facebook pinterest youtube rss twitter instagram facebook-blank rss-blank linkedin-blank pinterest youtube twitter instagram