为了能到高层偷袭你,蚊子特意修炼了涡旋秘籍

为了能到高层偷袭你,蚊子特意修炼了涡旋秘籍
2020年07月02日 13:18 新浪科技综合

  来源:中国科普博览

  在大家的印象里,蚊子这种只有几毫米的昆虫既飞不高,也飞不远,只能在地面飞行。毕竟身材在那,而且只有一对两三毫米长的翅膀和一对退化了的平衡杆。

蚊子的翅膀 图源:Sahibul-Saif Sheykh Abdul Kerim al-Kibrisi - WordPress.com蚊子的翅膀 图源:Sahibul-Saif Sheykh Abdul Kerim al-Kibrisi - WordPress.com

  现在,科学家的研究颠覆了大家对蚊子飞行能力的看法。

  在撒哈拉沙漠以南的半荒漠地区,携带疟疾的蚊子借助风力,在一个晚上就能飞到离地面290米的高空,距离远达数百公里。

  2013年,美国国家过敏和传染病研究所(NIAID)的科学家前往撒哈拉地区,在之后617天的时间,对当地的蚊子进行捕捉采样。目的是为了研究蚊子在不同地区的迁徙能力。

  他们用氦气球在距离地面40米—290米的地方掉起垂直粘网。

氦气球和粘网氦气球和粘网

  结果,他们捕获了46.1万只昆虫,其中包括2748只蚊子,并且235只是可以携带疟疾的按蚊属。也就是说,蚊子可以飞到290米高的地方。如果在更高的地方布置了粘网,或许还能捕捉到飞的到更高位置的蚊子,这也很难说。

不同飞行高度捕捉到的蚊子种类及数量不同飞行高度捕捉到的蚊子种类及数量

  你也许会认为,距离地面近的网捕捉的蚊子会更多。然而,实际正好相反,粘网捕捉的蚊子数量是随着高度的增加而增加。这说明,蚊子在高海拔地区亦可以进行迁徙。

  被捕捉到蚊子超过80%是雌性,大家知道雌蚊子是会咬人的,90%的蚊子在飞行前吸过人血。

  光是靠捕捉这些蚊子获取的数据,科学家们不确定蚊子是从哪里飞来的,也不知道它们飞了多远。因为只是对某个地点进行的采样,只能说明某个位置出现了蚊子。

  但借助气象建模工具,通过现有的数据,同时考虑风向和风速,科学家计算了蚊子可能的飞行轨迹。科学家最终得出结论,一只蚊子靠自己的飞行能力和风力,在9个小时的夜间飞行中,飞行距离可达295公里。

结合建模工具,科学家对不同种类的蚊子的迁徙距离进行了分析结合建模工具,科学家对不同种类的蚊子的迁徙距离进行了分析

  如果光凭想像,估计是个人都很难相信这种不起眼的生物可以飞那么远。不光是普通人,科学家刚看到这个数据都会被惊到。2019,科学家把研究结果发表在《自然》杂志上。

  虽然蚊子自己飞行距离有限,但有了风,飞行到更远更高的地方咬人、传播疾病,是没有问题的。

  这也是为什么即使你家住在21楼的高层建筑中,也会出现蚊子的原因。毕竟蚊子都可以最高飞到几百米的高空了,还会在乎那21层楼,区区六十多米的高度吗?

  你也许会以为蚊子只分布在低海拔地区,但其实在喜马拉雅这样的高海拔地区,同样有蚊子。

  2007年,科学家对印度的加瓦尔专区的蚊子进行采样,捕捉了300—1000m、1000—2000m、2000—3000m 不同海拔高度的蚊子。一共发现了34种蚊子,包括5个属:伊蚊、按蚊、阿蚊、库蚊和蓝带蚊。

不同海拔的蚊子出现种类,随着海拔升高,出现的蚊子种类减少不同海拔的蚊子出现种类,随着海拔升高,出现的蚊子种类减少

  低海拔地区温度湿热,这里能捕捉到蚊子是毋庸置疑的,但高海拔到3000m的地方,虽然发现的蚊子种类不多,只有几种,但也说明了一些蚊子的生存能力有多猛。

  当然,蚊子可以通过电梯、一些管道飞到几十层楼高的地方,但这些并没有科学的研究说明,这只是大家的推测,从一些可能的途径来分析。但现在你应该知道,光凭自己的一双翅膀和风,蚊子就可以从外层直接飞到21层楼。

  蚊子是如何飞行的?

  蚊子和蜜蜂的飞行方式类似,都是通过振翅的方式,扇动空气获得上升力。不同的地方是,蚊子的振翅方式更快,而且振动的角度不大,大约只有40度,是蜜蜂的一半。也就是说,如果按照推理,蚊子是获取不了蜜蜂那样足够的升力。

  如果蚊子选择了蜜蜂的大角度的振翅,那么蚊子飞行时的嗡嗡声估计就要大一倍了,飞行声音大了,就容易被人发现。

  2017年,科学家通过慢镜头解开了蚊子飞行的秘密。来自牛津大学的科学家通过8个超高速摄像机,从8个角度拍摄一只蚊子是如何飞行的。

试验拍摄飞行中的蚊子 图源:https://newatlas.com/试验拍摄飞行中的蚊子 图源:https://newatlas.com/

  慢镜头下的蚊子振翅频率比实际慢了700倍,之后通过计算机模拟制作了3D模型,可以让科学家了解蚊子飞行中的气流变化。

8个视角下蚊子的飞行视图 图源:nature video8个视角下蚊子的飞行视图 图源:nature video

  根据研究结果,蚊子在振翅过程中,和蜜蜂一样的地方是,在翅膀前缘部分会产生一个小涡流,这种气流减少了翅膀上方的压力,就是说在振翅过程中会获得一定的升力。

蚊子产生的前缘涡流 图源:nature viedo蚊子产生的前缘涡流 图源:nature viedo

  但除了翅膀前缘的涡流,蚊子还在翅膀后缘形成了一个涡流,这是和蜜蜂不太一样的地方。之所以可以在翅膀后方产生一个涡流,是因为它的翅膀不是垂直往下扇的,而是会在扇动的过程中进行反转。

后缘气流 图源:nature video后缘气流 图源:nature video

  当翅膀后缘翻转的时候,翅膀后缘与翅膀前缘拍打产生的流体对齐,产生涡流,重新获得一些额外的升力。

  此外,蚊子在扇翅过程中,还会产生一种旋转阻力,来支撑它们身体的重量。

旋转阻力 图源:nature video旋转阻力 图源:nature video

  这也许可以解释,为什么蚊子小角度的拍打依旧可以获取足够的升力,因为它通过产生额外涡流的方式,弥补了振翅小角度振翅的缺点。

  未来,科学家也许会把蚊子的飞行技术应用到更小的无人机上,只能希望那样的无人机不会嗡嗡嗡……

蚊子翅膀
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