生物运动学:落在水里的蜜蜂如何自救

天气炎热。一只蜜蜂在池塘上空低飞徘徊,但是哦,不!她的翅膀碰到了水面;现在她被困住了,空气动力学不再是一个选项。不可避免的死亡?

根据科学家的估计,因为重力作用,蜜蜂几分钟后就会沉入水下。但实际过程很漫长——蜜蜂似乎已经进化出了一种自救手段,基于独特的生物运动策略,。

在一项新的研究中,加州理工学院的研究人员发现蜜蜂(Apis mellifera)有一种巧妙的逃生策略,可以摆脱液体困境:利用翅膀产生波浪来推动自己在水中穿行——这是记录里前所未有的昆虫行为。

生物力学工程师Morteza Gharib说:“蜜蜂翅膀的运动产生了使其身体能够向前骑行的波浪。它会向安全方向倾斜或冲浪。”

这个奇怪发现出自Gharib的合作伙伴、研究工程师Chris Roh的一次偶然观察,他有一天恰好在加州理工学院校园里的一处静水池中观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产生微小的波纹。这是故意的吗?如果是,它有用吗?

为了更好地探索生物运动物理学,Roh迅速将蜜蜂从水中捞起,带回了实验室。

2位科学家外加32只蜜蜂,通力合作,近距离研究蜜蜂的拍水现象。

蜜蜂在装满水的锅中扑来飞去,科学家借助慢动作相机拍摄蜜蜂的行为。最终,发现了它们的小秘密

研究人员在论文中写道:“蜜蜂利用翅膀作为桨来推动水面。它们的运动以不对称波和更深的水喷射流的形式将动力传递给周围的水,产生约20μN的平均推力。”(大约相当于的20百万分之一牛顿,这实际上是一种非常节能的水上运动方式。)

其他昆虫(如,甲虫和睡莲甲虫)在水面上以另外的方式运动——被称为表面掠过。但是,蜜蜂无法做到这一点,因为当它们的翅膀接触到水时,翅膀的底面会粘在水面上,并且它们的力道不足以再次振翅起飞。

幸运的是,水翼——借助蜜蜂上下摆动翅膀的方式(接触面积最大化然后最小化,交替地用翅膀击打水面)就足够了,它们可以每秒行进3个身体长度的距离。

实验表明,蜜蜂不能无限期地维持水翼运动。大约5分钟后,它们似乎显示出肌肉疲劳的迹象(可能是因为拍打水面比拍打空气更累)。

但是,在一个小池塘里,蜜蜂可以坚持到对岸,接近硬地时只需爬上去即可。

作者写道:“当蜜蜂落在池塘表面时,它们能够游到岸边并爬出水面。一旦离开水,它们就能在短时间内干燥翅膀并飞走。”

发现报告见于PNAS。

文章来源:sciencealert

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