动物小时候和长大后的习惯,毛手毛脚帮助动物们保持干净
一只苍蝇在厨房桌上安全着陆之后,第一件事就是仔仔细细清洁自己的身子。苍蝇的表面沾满了我们看不见的灰尘、花粉,甚至还潜伏着螨虫,要是不除去就会钻进苍蝇的体内。
保持卫生可是它们生死攸关的大事儿呢。其实不仅它们,包括咱们人类在内的一切动物,都把清洁卫生当作一件大事儿。我们每天都花很长时间洗澡,每两周打扫一次房子。清洁也许就和呼吸、吃饭、约约约一样对生活至关重要。
但不知为啥,对清洁的研究却少之又少。
这次,在期刊《实验生物学》新刊登的一篇论文里,科学家们就研究了大自然里的清洁是怎么回事,动物们是否真的按照某些原则来清洁自己。他们通过显微镜研究好几百只动物的体毛尺寸和数目,还读了大量相关文献。
研究动物的毛是为毛啊?科学家是想通过知道更好的清洁方法,了解渺小的苍蝇,同时制造新型设备来帮我们更持久地保持干净卫生,一举两得!
毛发使动物体表面积扩大了很多
一只蜜蜂前翼上的绒毛在电子显微镜下的扫描图
要想了解动物们怎么清洁自己,先得知道它们怎么把自己弄脏的,它们每天到处跑身体表面自然会沾上越来越多的灰尘污垢。不过动物的体表面积不好算,量起来可不像量一个纸箱大小那么简单,因为大多数动物,小到蚊子大到大象,都体毛旺盛。动物身体的表面积增大了不少,所以灰尘也越积越多。
科学家们发现,毛发使动物身体表面积平均增大到100倍,什么概念?一只猫的体表面积有一张乒乓球台那么大!(怪不得猫奴们给主子洗白白的时候都叫苦不迭了!)一只南美栗鼠的体表面积比得过一辆SUV,而海獭的则有一个冰球场(1560平方米)那么大(我多毛,我土豪)!
那我们人类呢,头发大概有10万根,比起其他动物简直是小巫见大巫:蝴蝶的毛发多达1000亿根,海狸的也差不多有100亿根,蜜蜂和松鼠的毛发一样多,300万根。
此外,动物们毛发的类型跟我们人发型的种类相当。它们有团毛、刺毛、翅膀上的长毛、刚毛、鳞毛,形状各异,大小不一。但有一点是不用说的:毛发扩大了身体的表面积,导致清洁起来更麻烦。打个比方,你是喜欢打扫没什么毛的亚麻地板呢,还是蓬松的毡毯?
毛发可是清洁装备哦
为了便于清洁身体,几乎所有的昆虫都“毛手毛脚”,它们的足就像鸡毛掸子似的负责把灰尘污垢掸掉。通过观察虫子的足是怎样和体毛相互作用的,科学家们发现这些毛发有着惊人的特点。他们用高速摄像机来观察一只果蝇用脚清洁脑袋的过程。虫子擦拭脑袋时,很多附在体毛上的微粒就像弹弓上的石子般被高速弹出去,受力是重力的1000倍!远远超过果蝇抬脚所需要的力。那些毛发之前都是尘埃的安居地,现在却成了高速抛石机(就是古代战争里向敌人扔石头的那种长臂武器),随着脚的挥动,飞快地甩来甩去!
这说明啊,高效的清洁可不仅仅是设计橡胶扫帚这种清洁工具这么简单,还要设计方便清扫的表面,大自然真是鬼斧神工。
科学家确定了动物清洁自己的两大原则。第一是不可再生的清洁策略——也就是动物消耗自身的能量来清洁,能量消耗了就不能恢复,所以不可再生。比如,用毛来刷洗身体,类似于刷洗地毯,需要耗费能量来驱动刷子。
我甩我甩我甩甩甩
再比如,湿哒哒的狗狗摇晃身子,不借助任何清洁工具,但身体快速晃动,像个滚动中的洗衣机,利用了惯性来抖落身上的脏东西和水滴,这个过程狗狗也要消耗能量。
另外,还有可再生型的清洁策略——不需要动物消耗能量,洗白白是自然而然发生的,免费的哦。
眼睫毛其实是天然眼部清洁器呢!
例如,眼周围的睫毛就是这种原理,我们行走的时候,睫毛制造的气流避免颗粒沾附在眼上,而如果眼睛光秃秃的,没睫毛,则沾上的颗粒数目就会增加到两倍。所以,有了睫毛,进眼的灰尘少了,我们就不用经常眨眼,为其他活动省下了能量。
另一个例子是蝉翼上的纳米级“针垫”,别吓到了,我说的是它上面细小的绒毛。细菌像一个个水球一样在上面活动,一碰到蝉的绒毛便会破裂,起到杀菌的效果。水滴从毛发上滚下来,带走尘埃颗粒,使得动物的体表干净得像光滑的荷叶一样。
干净=体表 能量 清洁行为(相互作用)
说到底,动物之所以能保持干净,得益于它们的体表、清洁行为和环境中能量的相互作用。如果动物的体表都长满睫毛或针垫(不要啊喂),不费吹灰之力就让自己干净卫生。抱着这样的思维方式,我们也许也能造出不耗能的新型清洁设备呢。
想想太阳能电池板,像眼睛一样必须吸收光线,但因为上面经常积尘,影响透光,太阳板每年都有7%的能量没法吸收,白白浪费。而目前解决这个的最先进办法居然是橡胶扫帚。你想想,电脑时代让我们在通信技术上甩了祖先好几十条街,可是,我们的清洁技术竟然还停留在以前,这能忍?
一只蜜蜂眼睛上的绒毛在电子显微镜下的扫描图
要是太阳能电池板设计成类似昆虫的眼睛那样,细细的电线可以偶尔放在电池板上隔开灰尘,但仍能让光线透进来。清洁电池板只需用把刷子刷一下就好啦,跟昆虫一样,不需要水或者化学剂。类似地,机器人的眼睛——就是摄像机啦——可以在周围装上类似睫毛的装置,减少积灰。现在美国国家科学基金会就资助了一个开发人工合成多毛系统的项目,名叫“人造昆虫之眼”。
我们总是设想未来的机器人有着光滑透亮的表面,仿佛铬制抛光的汽车(变形金刚?)。但在自然界,光滑的表面却是少数派。在未来,桌面可能拥有纳米级大小的柱子,可以杀死任何接触它的细菌。路虎汽车可能会变成自动化的机器人,有毛状表层,用来感知周围的环境,阻隔尘埃颗粒,方便清洁。说不定,未来看起来甚至是毛茸茸的呢!喵~