甲蟲和它們所啟發的高科技(組圖)

2011-02-04 18:59

從千奇百怪的物種身上我們能夠學到很多東西。以甲蟲為例，它們不但看上去樣子很酷，受它們的啟發，還可能誕生全自動駕駛汽車、超級抗生素、下一代滅火器等等。文中列舉了10種甲蟲和它們所啟發的技術。

2010年是聯合國認定的國際生物多樣性年。說到多樣性，沒有任何生物可以和甲蟲相比。迄今為止，科學家們發現了約35萬種甲蟲，佔所有已知物種的1/4。生物學家們相信，在熱帶叢林中還有成千上萬種不為人知的甲蟲種類。在龐大的甲蟲家族中，有不少成員有驚人的特性，比如超常的靈敏性、水下呼吸能力、強大的免疫系統。不幸的是，棲息地被破壞和氣候變化可能導致很多不為人知的甲蟲特技永遠被埋沒。下文將列舉10種啟發人們取得技術突破的甲蟲。

1.吉丁蟲

昆蟲收藏家和珠寶設計師們都偏愛這種吉丁蟲，所以它們又被叫做珠寶甲蟲。在不久的將來，汽車製造商和鑄幣工可能也會成為它們的粉絲。2009年，《科學》雜誌上刊登的一篇論文闡述了一種吉丁蟲通過5、6、7邊形的細胞結構創造出閃耀迷人的綠色。這些多邊形細胞像水晶一樣反射陽光，應用同樣的光學原理可以設計出光彩奪目的顏色。潛在用途包括可以根據視角變換顏色的汽車塗料、鈔票的防偽塗層等等。

2.犀牛甲蟲

犀牛甲蟲家族的雄性擁有像犀牛一樣突出、粗壯的大角，因此而得名。它們是甲蟲家族中的大個子，可以長到6.5英吋長。在世界某些地區，有斗犀牛甲蟲的習俗，在日本的路邊售貨自動機裡還可以買到當寵物出售的犀牛甲蟲。然而，犀牛甲蟲的最大特點是它的力量。如果按比例計算，它可能是世界上力氣最大的生物。某些種類的犀牛甲蟲能夠舉起相當於自身重量800倍的物體。和其他昆蟲一樣，甲蟲力大無窮的訣竅在於它們的身體構造。內布拉斯加大學的昆蟲學家佈雷特·拉特克利夫說，「脊椎動物的骨骼在內肌肉在外，而無脊椎動物正相反。因此，從某方面說，這些甲蟲就像是機器人。」美國國防部高級研究計畫局(DARPA)試圖將犀牛甲蟲改造成生物和機器的結合體，用於情報收集。加州大學的科學家將電極和微型無線電安裝到聖甲蟲身上———犀牛甲蟲也是聖甲蟲的一種———對它們進行遙控。在未來某天，這些生物機械結合體可充當微型間諜，或用於搜救行動。

3.屎殼郎

正如其名，屎殼郎大部分時間都在屎堆裡，甚至以排泄物為食。由於生活在這種微生物豐富的環境中，屎殼郎可能擁有世界上最強大的免疫系統。這個環境中也包括人類病原體，而屎殼郎卻能在其中舒適生活。因此，屎殼郎成了科學家們的研究對象，研究者希望從它身上找到新的抗生素或其它對抗微生物的元素。南非威特沃特斯蘭德大學的自然科學講師蒙迪·特瓦薩和他的同事們正在為當地一種屎殼郎建立基因資料庫，用於分離、研究和感染應激機制有關的基因。目前，還沒有受屎殼郎啟發的藥物進入臨床試驗，但特瓦薩說，這一天可能就在不遠的將來。除了潛在的醫學用途之外，屎殼郎還有利於農業。某些種類的屎殼郎將找到的糞便累積起來滾成一個大屎球，也有的把它們埋藏在土壤中。勤勞的屎殼郎可以幫助清除土地上的糞便，消滅害蟲滋生的場所，還可以將肥料運送到土壤中。

4.豉甲

這種線條流暢的黑色甲蟲棲息在水塘中，它們眼睛構造獨特，可以同時看到水面和水下。但是真正引起科學家注意的是，每當受到威脅、獵食或交配時，豉甲就會繞著圓圈游動。不同於魚、海獅這類身體柔韌的動物，甲蟲的骨骼是無法彎曲的，在這一點上它們有點類似硬殼船隻。紐約州立大學波茨坦分校的生物學家威廉·羅姆尼說，「它們很像船隻，部分身體在水面，部分在水下。」然而，身體僵硬的豉甲通過翅膀和腿的驅動，可以繞著半徑很小的圓圈運動。「甲蟲不比身體柔韌的機體靈活，但是它們比普通無人機要好。目前無人機的轉彎半徑都不理想。」西切斯特大學的生物學家弗蘭克·費希說。豉甲的腿既可用於游泳也可用於陸地行走，借鑒它，工程師也許能夠研製出水陸兩用的機器。費希說，成群豉甲的組合模式對未來發明也可能具有啟發價值：航海工程師、賽艇設計師，甚至海軍戰術專家都可能參考它們的組合模式。

5.長臂天牛

因為通身斑斕熱鬧的色彩，長臂天牛通常又被稱為丑角甲蟲。它們常見於墨西哥和南美洲，雄性長著一對超長的前腿———長度甚至超過身體的長度———既是求偶時炫耀的資本也是協助爬樹的工具。熱帶樹幹是真菌滋生的地方，因此，長臂天牛必須和這種頑固的微生物爭奪生存空間。2003年，法國科學家從長臂天牛身上分離出新的抗真菌物質。這種物質可能幫助製造出能夠對抗頑固念珠菌感染的藥物。真菌感染正在造成越來越多住院病人的死亡。

6.放屁蟲

放屁蟲屬於步甲科，在遭遇攻擊時，可以從腹部尖端釋放出高溫有毒液體，連續轟擊攻擊者，併發出類似放屁的聲音。放屁蟲體內有一對燃燒艙，專門用於混合儲藏在不同腺體中的化學物質，混合反應迫使滾燙的液體通過甲蟲外骨骼上的「排放閥」噴射出體外。一些生活在非洲的放屁蟲有可以旋轉的「排放閥」，可以使「彈藥」精確射向幾乎任何方向。放屁蟲這種精密的防禦系統被轉化為另一種叫μMist的技術。瑞典3000仿生技術公司申請了該技術專利，它可以精確控制噴淋粒子的大小和溫度。實際用途包括改進汽車的燃料噴射系統、研製下一代滅火器、改進藥用噴霧器，等等。

7.大龍虱

大龍虱是世界上體積最大的水生甲蟲之一，最長可以達到1.5英吋。這種凶猛的獵食性昆蟲能夠捕食一切它咬得動的東西，包括蛙和魚。雖然能夠飛行，並且依然依靠翅膀尋找新的獵食場所，大龍虱大部分時間都生活在水下。為了防止溺水，它的腹部上長著細細的剛毛，使得通氣口(呼吸系統的開口)不被打濕。諾丁漢特倫特大學的物理學家格倫·麥克希爾解釋說，「這就好比釘子床效應。一根釘子可以刺破皮膚，但是如果躺在釘子床上，壓力被眾多的釘子分攤，皮膚———或者說甲蟲腹部剛毛附近的水表面———就不會被破壞。這一現象導致形成一個水銀色的空氣層，又被稱為腹甲，通過它滲入氧氣，滲出二氧化碳。在大龍虱尋常可見的英國，麥克希爾和他的同事們正在研究如何將這胸甲原理應用於合成材料。他們希望能夠創造出人類使用的人工腮，但如何防止氧氣水平下降似乎是個棘手的難題。另一種更有潛力的用途：氫燃料電池驅動的潛水裝置，它能直接從水中攝取氧，製造能源。

8.白金龜

生活在東南亞的白金龜有一層白色的偽裝，便於它們隱藏在白色的真菌中。多數動物(和無生命的物體)的顏色都來自色素或是能夠吸收反射特定顏色光線的有序排列的表面結構。然而，白金龜的鱗片上分布著混亂無序的細絲，有效地分散照射在上面的光源，產生白色。英國艾克塞特大學的物理學家皮特·弗庫斯科說，「這一發現讓人深受啟示。」弗庫斯科和他的同事們2007年在《科學》雜誌上公布了這一發現。值得一提的是，白金龜用於製造閃亮白色的無序結構比普通合成增白劑中的類似結構要纖細100倍。在去年公布的研究報告中，弗庫斯科和他的同事們討論到將這一原理用於製造超白辦公用紙，其他用途還包括：塗料和用途廣泛的(比如用於牙齒漂白)增白劑。

9.納米布沙漠甲蟲

生活在沙漠中的納米布沙漠甲蟲有一種在乾旱地區獲得水的聰明方法。它們翅膀的紋理特殊，上面密佈微型山巒和溝壑，可以直接從空氣中攝取水分。小水珠凝結在翅膀表面，彙集成大水珠。再通過甲蟲拱起的背部流進它的嘴裡。2006年，在《納米學報》上，麻省理工學院的材料科學家邁克爾·拉伯納和羅伯特·科恩聲稱用納米材料成功模仿了納米布沙漠甲蟲的水採集和控制技術。現在，他們正和牛津大學的安德魯·帕克合作，進一步開發可以用於沙漠地區(尤其是發達國家)採集水分的仿生材料。

10.斑蝥

當然，並非所有甲蟲都是對人類有益的：某些甲蟲———比如松蛀蟲及亞洲長角甲蟲———可以破壞掉一整片森林。也有報導說，亞洲長角甲蟲的肚子裡藏著新型廉價生物燃料的秘密。另一個有趣的好壞參半的例子是臭名昭著的斑蝥。這種寶石綠色的甲蟲能夠釋放一種防禦性化學物質斑蝥素，刺激動物皮膚。醫學上採用這種物質來去除皮膚上的疣。有人提出，它還可以用於對抗腫瘤。服用後，斑蝥素可導致尿道發炎，生殖器腫脹。服用過量的斑蝥粉末可以致使男性生殖器持續勃起，再加大劑量甚至可能導致死亡。由於這個原因，以斑蝥為原料的春藥在美國不允許被使用在人身上。