生物運動學:落在水裡的蜜蜂如何自救

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天氣炎熱。一只蜜蜂在池塘上空低飛徘徊,但是哦,不!她的翅膀碰到了水面;現在她被困住了,空氣動力學不再是一個選項。不可避免的死亡?

根據科學家的可能,因為重力作用,蜜蜂幾分鐘後就會沉入水下。但實際過程很漫長——蜜蜂似乎已經進化出了一種自救手段,基於獨特的生物運動策略,。

在一項新的研究中,加州理工學院的研究人員發現蜜蜂(Apis mellifera)有一種巧妙的逃生策略,可以擺脫液體困境:利用翅膀產生波浪來推動自己在水中穿行——這是記錄里前所未有的昆蟲行為。

生物力學工程師Morteza Gharib說:「蜜蜂翅膀的運動產生了使其身體能夠向前騎行的波浪。它會向安全方向傾斜或沖浪。」

這個奇怪發現出自Gharib的合作夥伴、研究工程師Chris Roh的一次偶然觀察,他有一天恰好在加州理工學院校園里的一處靜水池中觀察到一只被困在水中的蜜蜂。

Roh看到,蜜蜂拍打翅膀在池塘表面上產生微小的波紋。這是故意的嗎?如果是,它有用嗎?

為了更好地探索生物運動物理學,Roh迅速將蜜蜂從水中撈起,帶回了實驗室。

2位科學家外加32只蜜蜂,通力合作,近距離研究蜜蜂的拍水現象。

蜜蜂在裝滿水的鍋中撲來飛去,科學家借助慢動作相機拍攝蜜蜂的行為。最終,發現了它們的小秘密

研究人員在論文中寫道:「蜜蜂利用翅膀作為槳來推動水面。它們的運動以不對稱波和更深的水噴射流的形式將動力傳遞給周圍的水,產生約20μN的平均推力。」(大約相當於的20百萬分之一牛頓,這實際上是一種非常節能的水上運動方式。)

其他昆蟲(如,甲蟲和睡蓮甲蟲)在水面上以另外的方式運動——被稱為表面掠過。但是,蜜蜂無法做到這一點,因為當它們的翅膀接觸到水時,翅膀的底面會黏在水面上,並且它們的力道不足以再次振翅起飛。

幸運的是,水翼——借助蜜蜂上下擺動翅膀的方式(接觸面積最大化然後最小化,交替地用翅膀擊打水面)就足夠了,它們可以每秒行進3個身體長度的距離。

實驗表明,蜜蜂不能無限期地維持水翼運動。大約5分鐘後,它們似乎顯示出肌肉疲勞的跡象(可能是因為拍打水面比拍打空氣更累)。

但是,在一個小池塘里,蜜蜂可以堅持到對岸,接近硬地時只需爬上去即可。

作者寫道:「當蜜蜂落在池塘表面時,它們能夠遊到岸邊並爬出水面。一旦離開水,它們就能在短時間內乾燥翅膀並飛走。」

發現報告見於PNAS。

本文譯自 sciencealert,由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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