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科普丨耳边蚊子“嗡嗡嗡”声音背后的秘密

发表时间:2019-07-04 16:40


嗨,蚊子今天打扰你了吗?



黄昏时令,群蚊齐鸣,竟会“动聚众而成雷”,让人诧异!而夜晚床头边蚊子不厌其烦地”嗡嗡嗡,哼哼哼,香香香‘’的一曲“High歌",更是让人夜不能寐!抓狂有没有!!在昆虫界最讨厌“金嗓子”评比中,蚊子当第二,想必没谁敢当第一。



如果认为蚊子用“嗓子”唱出了“靡靡之音”,那就错了,蚊子在停落时可是“哑口无言”,一旦展翅起飞时,才会“引吭高歌”在蚊虫身上找不到所谓“嗓子”这个器官,那么,讨厌的“哼哼哼”的蚊鸣声又是从何而来的呢?




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蚊子“声音”的秘密


从只有飞行的蚊子可以“亮嗓”,判断这个秘密一定是在翅上。果然不错,在昆虫界,许多昆虫是依靠翅翼不断地振动而发音的。蚊子,属于昆虫纲双翅目蚊科,应该有两对翅膀,但看到的蚊子只有一对翅膀啊,原来另一对退化为平衡杆。一般蚊子飞行时每秒翅膀震动数百次左右,使我们在蚊子飞行时会听到“嗡嗡”的声音。


蚊子的翅膀


上图是蚊子翅膀的创意模式图,侧图是蚊子翅膀下方凸起的结构平衡杆。


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蚊子翅膀的“秘密”

Smart wing rotation and trailing-edge vortices enable high frequency mosquito flight Bomphrey, Richard J., et al. Nature 544.7648 (2017): 92-95.


相对其尺寸而言,蚊子的翅膀长而细,振动速度较快,为了研究蚊子的翅膀,科学大牛们从3个蚊子个体中抽取蚊子翅膀的结构并做成了面网格,蚊子身体通过相机画了若干个椭圆,然后通过立方样条生成蚊子身体的面网格。



a: 蚊子翅膀的几何结构,b:蚊子翅膀的面网格,c:蚊子身体的椭圆切片,d:蚊子身体的面网格。


蚊子起飞除了通过前缘涡产生升力之外,还采用另外两种空气动力学特性:后缘涡以及利用翅膀转动产生的一种升力机制。在视频中我们一起看看大牛们研究的蚊子翅膀如何摆动。


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蚊子“恋爱”秘密


蚊子兄谈“恋爱”,靠的不是“颜值”,而是翅膀震动频率,也就是所谓的“亮嗓”。雄蚊靠翅振频率向雌蚊发出求偶信号,“相中”的雄蚊和雌蚊飞离,交配活动由雄蚊受到雌蚊飞翔发音的吸引开始,雄蚊有了反应,从上方抓握雌蚊,进行交尾。


群舞

对于白纹伊蚊而言。“群舞”是大量雄蚊环绕几只雌蚊,在距离地面约100 cm 处盘旋 。雌蚊交尾时, 边交尾边飞出舞群 。交尾高峰发生在第 1 只雄蚊到达一雌蚊处4~6 min 后 。约10min后, 舞群解散 ,雄蚊紧抱雌蚊 ,边飞边交尾。其他雄蚊在其周围飞舞助兴。一对白纹伊蚊的交尾时间约5~10 s 。




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精准选择“对象”

不同蚊种的翅振频率不同,所以不至于找错“对象”通常同一种的雄蚊高于雌蚊,老蚊高于新蚊,每秒钟的翅振频率大致变化在150~700次之间。例如埃及伊蚊的雄蚊每秒翅振467次,雌蚊每秒为353~603次;淡色库蚊的雄蚊每秒490~670次,雌蚊则为320~365次;按蚊的雄蚊每秒翅振330次,而雌蚊则每秒只有165~274次。


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蚊子飞多远


蚊虫的飞行距离有多远,50m,100m,300m?伊蚊可以飞多远 ? 尤其是吸血之后可以飞多远完成产卵,是一个非常重要的课题不同区域的伊蚊的飞行能力及疾病扩散风险可能存在明显差异,具体取决于当地伊蚊种群自身的活动能力、外界自然环境以及人群密度等多个因素的综合作用。甚至各种微环境中存在的各种物理屏障(如建筑物、绿化带等)亦会对伊蚊的飞行能力造成影响。但最重要的因素依然是孳生地(如各类小型积水)的密度及血源的可及性,当孳生地减少及血源可及性差,会促使伊蚊向外扩散以寻找更好的环境。




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蚊子的飞行高度


蚊子飞行高度受湿度、气压、海拔影响非常大,在无风的条件下,蚊子一次性可以飞行的垂直高度大约在10米左右。虽然蚊子属于近地生物,一般不喜欢高层的,但是现在有电梯存在,蚊子不但可以‘乘’电梯,还可以通过各种交通工具远距离旅行,为疾病的传播带来便利。但随着城市楼层越建越高,蚊子也在慢慢适应,繁殖空间在起点上也抬高了。比如在6楼安家的蚊虫,经过繁衍,其后代就会以此楼层为起点继续攀升,一代代“更上一层楼”。



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雨水砸不死蚊子之谜


还真的有科学家去完成了这个试验,2015年菠萝物理奖颁给了美国佐治亚理工学院胡立德教授的研究组,以表彰他们发现了蚊子不会被雨滴砸死的秘密。

对雨中飞舞的蚊子进行了高速摄像

以便仔细观察蚊子被雨滴击中瞬间的行为


首先从几米高的距离外让雨滴开始加速,能准确“红心”击中蚊子简直是不可能的任务,一般打中它的翅膀或腿部。蚊子会向击中的那一侧倾斜,并做出高达50度的高难度“侧身翻滚动作”让雨滴从身侧滑落。



借力解力,蚊子这招“太极”给个满分


如果雨滴正中红心,直接打到蚊子身体。蚊子先顺应雨水强大的推力与之一同下落,随之迅速侧向微调与雨滴分离并恢复飞行;另外它们身上长着防水的细毛,只要来几个简单的瑜伽动作伸胳膊伸腿,它们就能很优雅地从雨滴里脱身而出。

 蚊子采用不抵抗战术,借助体重轻的优势将冲击力卸掉

看到这里惊叹了吧,小小蚊子本领大,当然研究和模拟这些动物应对大自然的特殊本领,可以为我们的科学家和工程师提供新的设计思想,解决机械技术上的很多难题——比如,如何更好地设计微型飞行器,让它们能够像蚊子一样,在雨中轻盈地翱翔。

雨水不仅砸不死蚊子

而且还可以为蚊子提供大量的产卵“生殖”地



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