為了吃，這隻小蟲子學會了潛水！

對於許多陸地小動物來說，「潛水」是個極具挑戰的項目，別說「潛」，光是被水淋濕，就會變得極其狼狽了。

比方說，對於汪星人來說，效果會是這樣

hello，你誰？圖片：Sophie Gamand

喵星人呢，會變成這樣

hello，你們有事嗎？圖片：bored panda

那麼，對於小蟲來說，是怎樣一種情形呢？

蟲控預警！蟲控預警！蟲控預警！

大量蟲出沒，請蟲控迅速撤離現場！

乍看上去，昆蟲們似乎可以淡定地在水面「凌波微步」，並不會「濕身」。然而，如果你將它們強行摁進水裡就會發現，大部分昆蟲---還是會變得濕漉漉，被困水中，無法掙脫，比你家汪/喵主子也好不到哪兒去。

當然，自帶划水技能那些蟲子不算。圖片：Pixabay

但是！這種事兒對於生活在莫諾湖畔（Mono Lake）「身懷絕技」的小蟲——鹼蠅（Ephydra hians）來說，就得另當別論了。

莫諾湖的鹼蠅。圖片：Judy Gallagher / Flickr

就連大文豪馬克·吐溫在150年前就在莫諾湖邊發出感慨：「你可以把它們隨意地放在水中，無論多久都行，它們一點都不在意，而只會為此感到驕傲」 ，「當你在水中放開它們的一刻，它們輕鬆地浮上水面，出水時比一份剛出爐的專利局文件還乾燥」。

一隻潛水後悠哉地浮上水面的鹼蠅。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

「空氣潛水服」的秘密

那麼，這些鹼蠅到底是如何化身即時「潛水艇」，做到入水而不濕的？

仔細觀察就會發現，鹼蠅沿石灰岩爬入水中時，會在自己的身體和翅膀周圍形成一個氣泡，就像在入水的一刻給自己穿上了一套自助的「空氣潛水服」。大部分身體都會被包裹其中，只留下口器用來吃飯。

身著「空氣潛水服」的鹼蠅。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

在水底吃飽喝足之後，它會鬆開小爪脫離石灰岩，讓自己上浮，在到達水面的一瞬間，「潛水服」自動破裂，鹼蠅也順勢飛離水面。

鹼蠅的潛水神功，不由得令人心生羨慕，而這個不起眼的小傢伙兒，到底因何獲得「空氣潛水服」，一直以來都是個謎。

Mono Lake中正在潛水的鹼蠅。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

為了破解這個謎團，加州理工學院的Michael Dickinson教授帶領團隊，尋著當年馬克吐溫的足跡，又一次拜訪了莫諾湖，希望能揭開鹼蠅這套「空氣潛水服」的秘密。

莫諾湖，美麗但暗藏殺機。圖片：Vezoy / Wikipedia

一切都是湖水的鍋？

當他們到達莫諾湖後發現，這裡雖然風景美輪美奐，但湖水鹼性很強，只有極少數的藻類能夠生存，但是鹼蠅似乎在此生活得逍遙自在（不愧是「鹼」蠅啊！）。勘察一番後，他們決定從湖水成分和鹼蠅身體這兩個角度著手進行研究。

在正式試驗開始前，需要有可定量的指標和裝置來衡量實驗對象的「濕身程度」。可以想像，如果測試對象在水中越「濕」，那麼其離開水面時就會更「拖泥帶水」，所做的功也會越大。

為此，Michael團隊設計了一個巧妙的裝置，將昆蟲固定在小棒後將昆蟲「摁入」水中，隨後再將其拉出水面（蟲：太慘了），在這個過程中結合光學感應設備來測定昆蟲進入水面與離開水面所需要的功，從而反映實驗對象的濕身程度。

測定出入水面所需力的裝置圖及數據示例。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

Michael團隊首先想看看莫諾湖水有何特別之處，是否有一些成分讓鹼蠅保持不濕。然而，他們出乎意料地發現，湖水中含有大量的Na2CO3，比其他普通的湖水還更容易「濕身「，實驗中各種與鹼蠅體長類似的蠅類在這樣的湖水中都變得非常「濕」，進入水中後就難以逃脫。

各類蠅類的濕身程度, Recovered Work越小，「越濕」 （紅框內是鹼蠅）。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

海帶蠅也在水裡翻了船。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

看來，湖水只能「幫倒忙」，沒啥實際作用，核心技術一定還是由鹼蠅自身掌握。

剛毛越多越防水？

肉眼看不出什麼區別，那就放大了再觀察？

因此研究者們用掃描電鏡給包括鹼蠅在內的其他蠅類拍了個高清照。他們發現，相比於其他蠅類，鹼蠅表面覆蓋著的剛毛最為密集。

「發量良好」會是鹼蠅不怕濕身的原因嗎？

隨後的分析發現，擁有更多剛毛的蠅類濕身程度較低。但是，這似乎只是讓鹼蠅「不濕身」的因素之一，鹼蠅雖然剛毛密度最大，但也只比海帶蠅（Fucellia rufitibia）多了15%，防水效果卻比海帶蠅好太多。

各種蠅類表面的顯微結構（紅框內的鹼蠅表面有密集剛毛）。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

那麼，還有沒有別的原因呢？

研究團隊接下來對鹼蠅剛毛表面泛著光澤的貼身「護甲」產生了興趣——他們利用氣相色譜／質譜聯用技術（GCMS）對這層護甲進行了化學成分分析，發現其中大部分為二十五烷及二十七烷這兩類長直鏈烷烴，這與其他蠅類均不相同。

難道這才是鹼蠅不濕身的真實答案嗎？

破案心切的研究團隊把這些鹼蠅泡在己烷里洗了個澡，將這些長直鏈烷烴全部洗掉再進行實驗，果然，沒了護甲的鹼蠅在莫諾湖的湖水中瞬間失去了平日的神氣，入水之後就像其他蠅類一樣濕了身。

鹼蠅表面主要覆蓋的是直鏈的二十五烷和二十七烷。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

多虧了烷烴護甲！

為啥長直鏈烷烴「護甲」可以幫鹼蠅防水？

其實，液體與粗糙表面相互接觸時主要有兩種狀態： 第一種狀態是Wenzel狀態：表面間隙被液體填充，從而讓整個固體表面變得很濕（類似你家主子）。第二種狀態則是Cassie-Baxter 狀態：粗糙表面的間隙由氣體填滿，類似於鹼蠅的那層「氣體潛水服」。

鹼蠅表面主要覆蓋的是直鏈的二十五烷和二十七烷。圖片：Van, F. B.et al./Proceedings of the National Academy of Sciences（2017）

固液接觸後具體出現哪種狀態，取決於接觸面的電荷相互作用等因素。如在高濃度碳酸鈉的湖水中，大多數昆蟲體表與湖水間的靜電吸引力強，呈現出了第一種狀態，從而導致濕身；而鹼蠅表面的密集剛毛與長直鏈烷烴護甲有效地減少了鹼蠅表面與湖水間的靜電吸引力，從而呈現出第二種狀態，給予了鹼蠅這層「空氣潛水服」。

這種酷炫的潛水方式，其實是鹼蠅為了適應極端環境演化而來的。如果搞清了它的機制，也可以為新型疏水材料的開發提供思路。

什麼都阻擋不了鹼蠅下水尋找食物的決心！

吃貨的力量是無窮的！圖片：Floris van Breugel / NPL

研究花絮

在莫諾湖的考察過程中，科研人員無意間發現一個奇怪的現象——只要他們站在離湖邊近的地方，這附近的湖面上就會有一些鹼蠅失去了「不濕身」的能力，在進入水中後就被困住了。

一開始他們也十分疑惑，難不成是鹼蠅怕人被嚇到了？直到看到己烷浴池對鹼蠅的作用後，他們才聯想到，可能是當時自己身上含有油類的防晒霜惹的禍！

由於天熱，防晒霜會隨著汗液滴落到附近的湖水中，將一些油類物質帶進湖水，溶解了鹼蠅身上的直鏈烷烴，最終導致這些鹼蠅不幸濕身。

鹼蠅表示無辜。圖片：Floris van Breugel / NPL

本文授權轉自我是科學家iScientist。

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本文首發於果殼網我是科學家iScientist

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