蒼蠅憑啥能在光玻璃上豎着走？真相是噁心但沒料到這麼高級_風聞

撰文 | 七君

你有沒有想過，蒼蠅為什麼可以在光滑垂直的物體表面，比如玻璃和領導的頭部隨意月球漫步？如果説蒼蠅腿能“吸住”物體表面，那麼為什麼當我們伸手去打的時候，它們卻可以輕鬆飛走，看起來完全無視這種“粘性”？

這個問題在最近30年才得到了靠譜的解答。而看完這個噦/yuě/之解答，雖然你揮向蒼蠅的小拳拳會握得更緊，但也不得不感嘆它們所擁有的這種王炸技能。

人類對昆蟲，尤其是蒼蠅能飛檐走壁的問題一直很有興趣，最早的學術研究可追溯至17世紀。

不論是誰都不會懷疑蒼蠅能“上樹”的技能點長在了它們的腳腳上。研究者們對蒼蠅腳腳的技能也提出了各種解釋，比如蒼蠅腳腳的抓力特別好、腳腳上有靜電等等。

小小果蠅可以隨意攀爬豎直的玻璃試管壁。丨圖片來源：doi.org/10.1038/s42003-020-0995-0

1862年，英國昆蟲學家 Tuffen West 指出，蒼蠅腳腳的問題被反覆研究，許多人都以為這個問題已經得到了完美的解答，已經沒有什麼值得探索的疑問了。

不過事情在20世紀80年代出現了反轉。過去的理論在1983年被英國自然史博物館的研究者 Nigel E. Stork一一駁斥。Stork 發現，蒼蠅的“腳毛”和“腳汗”才是關鍵。

是的，蒼蠅不但有腳毛，還會出腳汗。請觀賞蒼蠅美麗而濃密的腳毛——

電子顯微鏡下的蒼蠅的毛腳丨圖片來源：Stanislav Gorb

要全面地、動態地看問題——

就像你在圖片裏看到的那樣，實際上昆蟲主要靠兩種“毛手毛腳”的身體結構實現攀緣，第一種是跗端節的腳腳（類似於人的手腳），第二種是腳腳上的毛毛（類似於手腳上的汗毛）。

莫蠅的一對爪墊（5所指的圓形）丨圖片來源：wikimedia

具體來説，蒼蠅這類在演化上新出現的雙翅目（diptera）昆蟲的毛腳長得像吸盤，這種生物裝置叫做爪墊（pulvilli）。它們的爪墊上還長着“腳毛”，也就是剛毛。

這種腳毛和我們的腳毛形狀不同，蒼蠅的腳毛都是粘住你的剷剷的形狀，看起來就像更小的爪墊，而且蒼蠅的每根腳毛都由一個表皮細胞發育而來，非常精緻。

剷剷形狀的腳毛（剛毛，淺藍色）是果蠅能吸附在垂直表面上的關鍵因素之一。丨圖片來源：Hokkaido University of Education

每個爪墊上“套娃”着大概30根腳毛，長這麼多腳毛的主要目的是增加接觸面積，從而增加吸力。但是如果沒有腳汗，蒼蠅的爬牆技能不會這麼強。

Stork 指出，蒼蠅腳汗產生的毛細現象和範德華力（分子和原子靠很近時的吸引力）能提供巨大的吸力。如果讓蒼蠅在硅膠上走上15-30分鐘，讓硅膠吸附它們的腳汗，那麼它們就無法在光滑的表面上行走了。

圖片來源：wikimedia

因此，蒼蠅走路時，會留下一路腳汗和腳印。2015年，德國奧斯納布呂克大學和基爾大學的研究者發現，果蠅走過的地方會留下清晰的腳汗液滴，形狀和它們的腳毛一模一樣。

不過，大家並不知道蒼蠅的腳汗是從哪兒流出來的。這個問題直到1998年才得到解答。

那年，德國馬克斯-普朗克研究所的研究者 Stanislav N. Gorb 和同事利用電子顯微鏡發現了蒼蠅腳毛的秘密。原來，這腳汗不是從爪墊裏流出來的，而是從腳毛的尖尖（剛毛末端）裏流出來的。他猜測，當蒼蠅的腳腳按壓表面時，腳汗就會像感應洗手液一樣自動擠出，而當蒼蠅起飛時，這些腳汗還會被部分回收。

有趣的是，他發現當蒼蠅在走動時，它們的腳毛在物體表面上卻是相對靜止的，並不會發生滑動摩擦。也就是説，蒼蠅走路時，就像腳踩着吸盤一樣移動。

Gorb 後來在2006年還發現，要消除粘性的時候，蒼蠅有三套動作：推一推，扭一扭，拉一拉，就像人類扯皮一樣。其中，拉一拉的動作是最省力的。

到了這裏，蒼蠅飛檐走壁還能輕鬆躲避的問題得到了解答：蒼蠅的腳毛和腳汗提供了和物體表面平行的強大的吸附力。但是由於腳毛和腳汗產生的毛細作用和範德華力都需要貼近物體表面才能起作用，因此蒼蠅只要輕輕抬腿，這兩種力就會自動消散，粘性也就消失了。原來蒼蠅腳腳的太空舞步是這麼來的啊。

如果你還是不明白蒼蠅腳腳的彪悍之處，來看一下人類還原蒼蠅腳腳的效果。

看好了，蒼蠅腳腳是這麼用的：如果你沿着物體表面拉，是很難拉開的；但是如果你使的力垂直於物體表面，輕輕一提就能鬆開——

圖片來源：見水印

這是2020年日本國立材料研究所（NIMS）通過研究果蠅腳毛的形成過程製造出的同款腳毛。

他們之所以能製造出“搓手仔”同款腳毛，是因為他們仔細觀察了黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）寶寶的腳腳的發育過程。

果蠅的腳毛（剛毛）以及它的發育過程。圖片來源：見水印

實際上，這種超凡的腳毛是在果蠅寶寶變態的過程中產生的，而腳毛的養成只需兩步：將要變成腳毛的表皮細胞不斷拉長，接着蛋白質（肌動蛋白）在拉長後的細胞頂端累積，形成剷剷。就這樣，一個細胞猥瑣發育成了一根腳毛。

在果蠅腳腳發育規律的啓發下，他們用低配的材料製造出了上面和果蠅腳腳一樣粘人的大力工具：腳毛是拉長的尼龍絲，腳汗是海藻酸鈣，把兩根尼龍絲泡在海藻酸鈣溶液裏，拉出來就成了，整個過程在室温下就能方便進行。

製作蒼蠅同款腳毛的過程很簡單，把兩根尼龍絲泡在海藻酸鈣溶液裏，拉出來就成了。圖片來源：見水印

根據他們的測算，橫截面積為9平方釐米的剷剷就能吊起一個體重為60千克的人類，但是隻要拉對方向，剷剷就能一鍵脱落，而且能反覆使用。

説實話，人類製造的許多粘性材料，比如文具膠水都是一次性的，刮掉以後就不能再用了。但是蒼蠅腳腳卻不一樣，它們的粘性雖然很強，但卻能反覆黏貼各種表面，還可以輕鬆飛走。這種仿生工具如果能實現規模化生產，人類説不定可以減少很多垃圾和污染。

蒼蠅：我大眼睛，毛茸茸的很粘人，爪爪是比心♥️的形狀，“蜜汁”好擼。

參考資料

[1] Gorb, Stanislav N. “The design of the fly adhesive pad: distal tenent setae are adapted to the delivery of an adhesive secretion.” Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences 265.1398 (1998): 747-752.

[2] Hüsken, Mirko, et al. “Adhesive pad differentiation in Drosophila melanogaster depends on the Polycomb group gene Su (z) 2.” The Journal of experimental biology 218.8 (2015): 1159-1165.

[3] Daltorio, Kathryn A., et al. “A robot that climbs walls using micro-structured polymer feet.” Climbing and walking robots. Springer, Berlin, Heidelberg, 2006. 131-138.

[4] Kimura, Ken-ichi, et al. “Framework with cytoskeletal actin filaments forming insect footpad hairs inspires biomimetic adhesive device design.” Communications biology 3.1 (2020): 1-7.

[5] 【生きものマネたら新素材！】ハエの腳がヒントの新型接着材！NIMSPR

[6] www.nims.go.jp/eng/news/press/2020/06/202006110.html

[7] www.livescience.com/10536-flies-walk-ceilings.html

本文經授權轉載自微信公眾號“把科學帶回家”。