不可思议,这种昆虫的后腿有“机械齿轮”!这真的是进化来的吗?

魅力科学君 2024-04-10 17:49:25

说起机械齿轮,相信大家都不会感到陌生,虽然我们见过的机械齿轮有各式各样的类型,但它们都有一个共同点,那就是它们都是人类制造出来的,所以通常我们都会认为,机械齿轮应该是人类独有的发明创造,那实际情况真是这样吗?

其实不然,因为在大自然中,有一种昆虫早已进化出了“机械齿轮”,它们就是“伊苏斯飞虱”(Issus coleoptratus)。

“伊苏斯飞虱”属于鞘翅目,其体型相对较小,平均体长只有3毫米左右,它们主要分布在欧洲地区,通常生活在湿润的环境中,以植物的汁液为食,它们喜欢在树叶或草叶之间跳跃,可以轻松地跳过超过其体长100倍的距离,并且还能准确地落到它们想到的位置上。

跳跃能力如此出色的昆虫,当然值得研究一番。有意思的是,在使用高分辨率的显微镜对其进行仔细观察的过程中,科学家惊讶地发现,这种昆虫的后腿有“机械齿轮”——在它们后腿的胫节上,有一对微小的结构,它们就像人类制造的机械齿轮一样,具有精确的齿和间隙。

令人觉得不可思议的是,它们的这种结构不但外观与人类制造的机械齿轮非常相似,而且还具备了相应的功能。

“伊苏斯飞虱”每条后腿上都长有一个“机械齿轮”,它们拥有相同的“齿数”(其数量通常为10至12个),每个“齿”的底部具备了圆角曲线,这样的“设计”在人类制造的机械齿轮中经常看到,因为这可以有效地减少磨损和剪切风险。

在进行跳跃之前,“伊苏斯飞虱”会先将后腿向后弯曲,形成起跳的姿势,此时它们后腿上的“机械齿轮”会整齐地咬合在一起,在随后的发力过程中,“机械齿轮”就会在短时间内以极快的速度转动,进而使得“伊苏斯飞虱”获得很高的加速度,其瞬间速度可以高达每秒3.9米左右。

需要知道的是,在这个过程中,“伊苏斯飞虱”的“机械齿轮”除了具备传递动力的功能之外,还有更精妙的作用。

为了提高跳跃时的精确度,“伊苏斯飞虱”需要尽量使自己的两条后腿同时发力,如果有一条后腿稍微慢了一点点,那它们就无法准确地控制自己跳跃的方向和距离,而紧紧地咬合在一起的“机械齿轮”,则可以确保后腿几乎在同一时刻发力。

实际上,“伊苏斯飞虱”的起跳时间大概只有30微秒左右,如果它们的后腿没有“机械齿轮”的话,那么仅凭它们的神经系统来协调,就很难做到在这么短时间之内,精确地控制自己的两条后腿几乎在同时发力。

不得不说,“伊苏斯飞虱”确实让我们大开眼界,同时也很容易让人产生疑惑:这真的是进化来的吗?对此,科学家给出了肯定的答案。

科学家指出,“伊苏斯飞虱”后腿的“机械齿轮”其实只会出现在它们的若虫阶段,在这段时期里,它们相对比较脆弱,从进化的角度来看,拥有“机械齿轮”的个体,其跳跃时的精确度就更高,就更容易生存下来。

当然了,这种昆虫的“机械齿轮”并不会凭空出现,这其实是其实是经历了一个漫长而渐进的过程。科学家推测,在代代繁衍的过程中,它们的外骨骼也会因为“基因突变”而不断地出现一些变化,在最初的时候,可能有一些个体出现一些微小的突变,使得它们后腿的外骨骼有一部分可以相互咬合,进而提高了它们跳跃的精确度。

跳跃精确度的提高,就意味着生存概率的增加,所以在接下来的日子里,具有这种特征的个体也就越来越多,而随着时间的流逝,它们后腿外骨骼的变化,也就越来越趋向于更加容易相互咬合,在此过程中,一些个体就逐渐进化出了具有齿轮形状的结构。

对于这些个体来讲,其生存概率无疑比其他的个体更强,所以它们在种群中就变得越来越普遍,在漫长的时间里,它们的“齿轮”也越来越趋向于更加完美的齿轮形状,并逐渐进化成了现在我们所看到的“机械齿轮”,至于其他的个体,则早已被严酷的大自然“淘汰”。

值得注意的是,尽管在“伊苏斯飞虱”之前,人们也发现过一些拥有齿轮状结构的生物,但这些生物的“齿轮”都是“虚有其表”,并没有起到机械齿轮的作用,就目前的情况来看,“伊苏斯飞虱”是地球上已知的唯一一种具有功能性齿轮系统的生物。不得不说,大自然真的是很奇妙,你觉得呢?

0 阅读:43

魅力科学君

简介:解读科学知识,探索科学趣闻,感受科学魅力