今日份冷知识:生物齿轮
2013年,英国科学家在《science》杂志上发表论文称,他们在欧洲一种常见的昆虫身上发现了功能性机械齿轮结构。这是首次在自然界生物体上发现此类结构,表明自然界生物进化成果在某些方面要远超人类预料。
伊苏斯(Issus)是欧洲常见的一种昆虫,在大多欧洲国家居民的花园中皆可见这种昆虫(类似于跳蚤)。在这些昆虫幼体的后腿关节上,有着如自行车或汽车变速箱传动装置一样的齿轮结构,其齿轮带大约有400微米长,轮齿数量在10个到12个之间,在昆虫进行跳跃时,两个齿轮带会同步旋转,完美咬合,提供同向推力。
伊苏斯的双腿运动速率高达30微秒,这种精确的同步性不可能通过神经系统来实现。所以利用骨骼结构解决了大脑和神经系统无法解决的问题。它将神经信号传递给肌肉,产生大致相同的力量,当一条腿开始摆动,齿轮就会咬合联动,从而产生绝对的同步性。
伊苏斯的齿轮结构有着人造机械齿轮的特点,比如每个轮齿与齿轮带的连接点都有一个圆角,这是人工机械齿轮的特征,可有效减震,防止轮齿断掉。但它也有与人造机械齿轮不同之处:人造齿轮都是对称的,以便在旋转过程中能够彼此咬合,而伊苏斯后腿关节的齿轮结构中,每个轮齿是非对称的,都向一个发力点弯曲,从而为跳跃提供单向动力。
此外,科学家只在伊苏斯幼体的后腿关节处发现了这种齿轮结构,当幼虫蜕皮为成虫后,这齿轮结构就消失不见了。
齿轮结构在动物界中并不鲜见,如刺山龟(也称为齿轮龟)的甲壳、车轮虫的背面等都呈齿轮状,但这些结构的功能要么模糊难明,要么随着进化而逐渐丧失,成为一种装饰型结构。
大自然,很奇妙吧。