苍蝇为什么能在光滑的天花板上如履平地看看

北京中科刘云涛 http://nb.ifeng.com/a/20190821/7612844_0.shtml
本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。苍蝇是“四害之一”，是人人喊打的存在，不过抛开它“害虫”的因素不说，苍蝇本身确实很强，因为它比蚊子体型要大，但是却比蚊子更难徒手抓住或者拍死，并且苍蝇几乎可以在任何的物体上停留，不管是垂直的墙壁、玻璃，还是光滑且平行于地面的天花板上，它们都能如履平地。那么，你有没有想过，为什么苍蝇的停留能力如此之强呢？它为什么能够“摆脱地心引力的约束”呢？我们一起来了解一下苍蝇这种讨人厌的昆虫。苍蝇的“超能力”对于我们人类来说，在光滑的地面上走路都有可能摔倒，更不用说想着垂直于墙面向上“攀岩”或者在天花板上倒立行走了，尤其是后面两个动作，只会在一些科幻的作品中，人类因为获得某种超能力才可以实现。但是，这些动作对于小小的苍蝇来说，简直是“小儿科”。那么，苍蝇是如何做到的呢？问题就出在苍蝇的腿上。苍蝇有6条腿，这六条腿从外观上看，没有什么特别的，但是如果你拿显微镜看，就会发现另有乾坤。首先，苍蝇每一条腿的末端都有两个“爪”，这两个爪呈“八字”分开，爪尖非常的细。这样的好处就是苍蝇总是能在一些物体的表面找到一些坑洼之处，然后用自己的两个爪尖抓住相邻的坑洼之处，它就能完成垂直或者平行于地面停留的动作。（下图为显微镜下苍蝇的脚末端）当然，这个方法仅仅是适用于物体表面有较多细小的坑洼的情况下，像我们的天花板、玻璃这些表面坑洼较少且非常的滑的地方，苍蝇是如何停留的呢？这同样也难不倒它，从上图苍蝇的腿部末端我们除了能够看到那一对爪外，在爪的下面还有一对毛茸茸的东西，这个就是它的另一个“武器”-爪垫盘。从外观上看，爪垫盘呈袋状，而且中间向下凹陷，这个构造非常的重要。因为当苍蝇停留在物体表面时，它爪垫盘是优先接触到物体表面的，而中间的凹陷，在降落时，受到挤压力，会向外鼓起，此时，在一个平面上，它的爪垫盘就会与平面之间形成一个真空的区域，这个原理类似于我们常见的吸盘，正是爪垫盘类似于吸盘的能力，将苍蝇“摆脱了地心引力”固定在了垂直于或者平行于地面的光滑的物体表面上。并且在苍蝇的爪垫盘上布满了细小的纤毛（也就是刚毛），这些刚毛在与物体表面接触时，也能形成吸附作用（在下面我们说一下）。不过，苍蝇固定身体的方式远远不止是爪垫盘这么简单，还有另外一个“装置”，让苍蝇可以停得更加的稳当。当苍蝇的爪垫盘接触到光滑的物体表面时，为了让自己停留的更加稳当，它的腿部末端有一个可以分泌液体的器官，这些液体是中性脂质的，具有一定的黏性。这些液体会顺着爪垫盘渗透进接触面中（主要是从爪垫盘的后端深入，因为这个位置微微翘起），让爪垫盘上的刚毛沾上液体，从而产生毛细作用。让整个爪垫盘的吸附力可以更强。这一点我们也可以参考吸盘，吸盘如果是干得和沾一点水，在同时吸附玻璃时，显然后者的吸附力更大。说到这里，许多小伙伴会有疑问：吸附得如此牢固，苍蝇怎么保证随时起飞？经过液体加固，爪垫盘吸附柱物体表面后，会面对一个问题，那就是及时地飞走，毕竟这样才能最大程度地逃避天敌的捕杀。但是，用过吸盘的小伙伴都知道，吸盘一旦吸住玻璃，想要往下拽就要用更大的力气才行。所以，为了让自己可以随时地飞走，另一个“装置”的作用出现了，这个装置就是它的刚毛。当苍蝇落在光滑的物体表面上时，它会分泌液体让自己的刚毛沾满，然后这些刚毛也会聚集到一起，产生较大的吸附力。当苍蝇要逃走时，它们会迅速地控制刚毛散开，同时上图中箭头的位置往上一抬，空气进入，吸附力消失，它就能随时逃走了。可能有的小伙伴对苍蝇控制自己刚毛的行为还有些不理解，其实，苍蝇控制自己的刚毛并不是通过神经系统，毕竟昆虫的神经系统都不发达，而是靠整个腿部的调整。上面我们说过，爪垫盘上的细小刚毛能与物体表面形成吸附作用，其实这个吸附作用是因为苍蝇的刚毛太过细小属于纳米级别的，而物体是由分子组成的，也是纳米级别的，那就是说苍蝇的刚毛与物体表面接触时，其实就是分子间的接触，而分子间本身就存在一定的作用力，被称为范德华力。而范德华力失去作用力的临界角度是30°，所以，当苍蝇要飞走时，只要通过轻微的移动腿部就能达到改变刚毛与物体表面角度的效果，让这个作用力消失。再加上上面说过的动作，苍蝇能够在遇到危险的一瞬间飞走。除了苍蝇外，壁虎能够墙上漫步的原理其实也与范德华力有很大的关系，因为壁虎的脚上也有数不清的细小刚毛。总结苍蝇之所以能够在天花板、玻璃上牢牢地固定，而且还能如履平地，与它脚的特殊结构是分不开的，爪垫盘和上面的刚毛能够形成吸附力，而分泌的液体能让吸附力最大化，而随着时间的推移，液体的减少，吸附力减少，此时再改变爪垫盘与物体表面的角度，苍蝇就是随时移动和起飞了。

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