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                  為什么廚房、衛生間的小飛蟲總是陰魂不散?原因竟是

                  2022-09-18 來源:科普中國

                  家里衛生間墻上有時候會有一些小飛蟲,相信大家對下面這個圖并不陌生。

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                  明明關緊了門窗,卻還是會發現這種小飛蟲,圖片來源:pinterest

                  這種小飛蟲是蛾蚋科的,具體來說,要么是白斑蛾蚋,要么是星斑蛾蚋。

                  你會發現,它們一般都出現在潮濕的地方,而且很不容易被打死??匆娝鼈兊臅r候,停在墻上半天也一動不動,剛想過去給一巴掌,就馬上跳到另一邊墻上,十分討厭。

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                  蛾蚋成蟲。圖片來源:Lyle J. Buss, UF/IFAS

                  不僅如此,它身上還攜帶著一堆病原體。有科學家捉了一些蛾蚋,對它們進行檢測,發現存在大腸桿菌和沙門氏菌。很明顯,蛾蚋與蚊子、蒼蠅一樣,對人類來說是害蟲。

                  令人煩惱的是,只要關好門窗,蚊子和蒼蠅基本上就不會再飛進來了,但蛾蚋不一樣,你的門窗關得再嚴都沒用,因為它們是從下水道飛上來的。

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                  如果不信的話,你可以在下水道上方貼上膠帶,過一天再取下來,很可能會發現上面粘有蛾蚋。圖片來源:參考文獻[2]

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                  為什么蛾蚋喜歡待在下水道里?

                  因為在洗碗的時候,各種細小的廚余垃圾會被沖進下水道,這個過程中難免會有一些殘羹剩飯和一些有機物留在管壁,形成黏糊糊的“營養薄膜”(biofilm),這就成了蛾蚋幼蟲最好的食物。

                  而且蛾蚋的卵需要附著在濕潤的表面上,下水道管壁的表面就成了最容易滋生蛾蚋的地方。通常來說,蛾蚋一次會產下 15 ~ 40 個卵,多的也會有上百個。

                  蛾蚋的卵是半透明的,而且很小,長度一般不會超過 1 毫米。

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                  蛾蚋的生長周期。圖片來源:Semantic Scholar

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                  那問題來了,我們沖水的時候

                  為什么不會把這些小飛蟲沖下去?

                  一位科學家(Nathan B. Speirs)對這一現象很好奇,于是進行了一些研究。但說出來你可能不信,他的研究方向并不是昆蟲學,而是流體力學。

                  為了更好地了解蛾蚋的體表和毛發結構,在拿到實驗樣本之后,他做的第一件事就是用電子顯微鏡檢查蛾蚋的形態特征。

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                  在一次次放大電子顯微鏡鏡頭倍數后,蛾蚋翅膀的細節越來越清晰,圖片來源:參考文獻[3]

                  通過一次次放大電子顯微鏡的鏡頭倍數,我們可以清晰看到,蛾蚋翅膀上布滿了密密麻麻的倒鉤,每根倒鉤的間隔在 4.28 微米左右。在翅膀的邊緣處也有細細的絨毛,每根絨毛放大后還有倒刺的結構。

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                  翅膀邊緣的絨毛和絨毛上的倒刺,圖片來源:參考文獻3

                  在它們的腿毛上也可以發現同樣的倒刺結構:

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                  蛾蚋腿毛上的倒刺結構,清晰可見,圖片來源:參考文獻3

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                  遍布蛾蚋身體的密密麻麻的倒刺有什么用呢?

                  可以肯定的是,倒刺不是用來防御潛在的捕食者的,因為微米級的倒刺根本傷害不到誰。

                  倒刺實際的作用在于讓蛾蚋體表產生超疏水性。疏水性和親水性相反,“親水”簡單理解就是和水有親和力,相互吸引,“疏水”是指和水相互排斥。

                  荷葉出淤泥而不染的特性就是與荷葉上的疏水結構有關,這些疏水結構具體來說,就是荷葉表面上大量的微米級蠟狀微乳狀液結構。

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                  荷葉表面微米級蠟狀微乳狀液結構,圖片來源:Barthlott

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                  每個乳突上分布著大量的納米級細支化結構,圖片來源:Barthlott

                  另外,荷葉上還有很多的蠟狀細微管子:

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                  荷葉上的蠟狀微管,圖片來源:Barthlott

                  正是荷葉上這些密密麻麻的微突結構,讓水滴在接觸到荷葉的一瞬間,幾乎呈球形,可以在各個方向上滾動,帶走荷葉表面的灰塵,卻不留下任何痕跡。

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                  普通表面(左)和疏水表面(中、右)的區別。水滴接觸到表面后有大于90度的傾斜角被稱為疏水結構,大于150度則被稱為超疏水結構,圖片來源:Wikipedia

                  蛾蚋身上的那些微米級倒刺也是一樣的道理,不過光是有微突結構還不夠,材料也得跟上才行。

                  疏水的材料表面有一個共性,就是低表面能。

                  如果一種材料的表面能很高,意味著它表面有較強的化學鍵,因此更容易吸引液體潤濕表面,低表面能則不容易潤濕表面,這就是低表面能材料疏水的原理。

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                  圖分別為非潤濕(接觸角為180°),潤濕(接觸角<90°)和完全潤濕(接觸角為0°)。(接觸角是連接固液界面和液氣界面的角度),圖片來源:Wikipedia

                  蛾蚋體表細毛的成分主要是甲殼素,這種物質有低表面能,因此有很強的的疏水性,只溶于特定溶劑。

                  經過計算,蛾蚋體表的疏水結構在碰到水后可以產生 175° 的接觸角,這不僅是疏水結構,還是超疏水結構。

                  為了驗證這點,科學家做了兩個小實驗:

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                  將一滴水放到蛾蚋身上后的情況,圖片來源:參考文獻[3]

                  首先是將一滴水放到蛾蚋身上,可以看到產生了 175° 的接觸角,水不會沾在它身上,只會變成水滴滾落。

                  雖然蛾蚋體表疏水,但不疏油。前面說了甲殼素溶于特定溶劑,所以第二個小實驗是將一滴硅油放在蛾蚋身上,它會馬上浸潤蛾蚋的身體。

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                  將一滴硅油放在蛾蚋身上后的情況,圖片來源:參考文獻[3]

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                  通過電鏡,可以更清楚地觀察水滴和蛾蚋身上絨毛的相互作用,圖片來源:參考文獻[3]

                  這就是蛾蚋不怕水的原因,因為它的體表是超疏水結構。

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                  蛾蚋在面對水的時候

                  是不是完全無敵呢?

                  也不是完全無敵。

                  科學家用 3 種形態的水來沖擊蛾蚋。

                  第一種是水珠。如果用水珠連續滴蛾蚋的話,它們幾乎都可以保持身體干燥,并且從水滴撞擊的危險處境下逃開。

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                  當蛾蚋遇到水滴時,不會有太大的壓力,圖片來源:參考文獻[3]

                  第二種是水霧。水霧是由許多直徑小于 4.5 微米的水滴組成的,當這些極小的水滴接觸到蛾蚋體表時,對它們幾乎沒有太多影響,它們拍拍翅膀振開水滴就飛走了。

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                  水霧對蛾蚋幾乎沒有影響,圖片來源:參考文獻[3]

                  第三種是水流。當水流沖擊蛾蚋時,在一瞬間會將其淹沒,但它們很快就會浮到水面上逃走。但如果水流沖擊的時間足夠長,讓它們長時間浸泡在水里達到 5 個小時以上,就有可能把它們淹死。實驗中科學家用 5 個小時的水流沖蛾蚋,結果 4 只中有 2 只被淹死了。

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                  雖然一瞬間被水流打到水面以下,但蛾蚋很快就浮到水面飛走了,圖片來源:參考文獻[3]

                  由此可見,蛾蚋在面對各種形態的水體威脅時,都具有很強的適應性?,F實中,開水龍頭沖水幾個小時不太現實,這也是下水道管壁上的蛾蚋不會被沖走的原因。

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                  怎么做才能根除這些小飛蟲呢?

                  如果想要根除這些討厭的小飛蟲,就得除掉它們的營養來源,也就是下水道管壁上的“營養薄膜”。對此,最簡單的辦法是:先用刷子刮掉,然后用剛煮開的沸水沖洗(每天倒入下水道 1 ~ 2 次,持續 1 周)。

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                  消除小飛蟲的操作示意,圖片來源:Treehugger

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                  責任編輯:夢月
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