虽然人们常认为鸟类是自然界最优秀的飞行者,但这并不完全准确。实际上,飞虫才是拥有最卓越飞行能力的。某些昆虫不仅具备令人惊叹的“长途飞行”能力,还能在浩瀚的海洋中准确无误地抵达目的地,不会迷失方向。
昆虫之所以能够在动物界占据主导地位,很大程度要归功于它们的翅膀。像蝴蝶一样收集花粉的昆虫,如果没有精巧灵活的翅膀,就不可能 ежедневно 频繁地飞过众多的花丛。
大多数昆虫都栖息在固定区域,但约有 200 种昆虫具备动物和候鸟的迁徙习惯,例如蝗虫和蝴蝶。当某些昆虫迁徙时,它们会结伴而行,数量多达数百万甚至数十亿。据目击者称,迁徙的壮观景象犹如乌云密布,在天空不停飞舞,持续时间从数小时到数天,甚至长达数周!
昆虫拥有令人惊叹的长途飞行能力,能够穿越高山、海洋和大洲!
在迁徙过程中,昆虫通常会与同类成群结队地飞行,但经常也会与不同种类的昆虫混合迁徙。有时,迁徙队伍中甚至会包含 40 多种不同的昆虫物种。
昆虫界中“长途飞行”的冠军是斑蝶。斑蝶生活在美洲大陆。每年秋季,北美的斑蝶都会迁徙到南方过冬。从北美起飞后,其中一些斑蝶会踏上东南方向的远途旅程。它们首先越过浩瀚的大西洋,抵达亚速尔群岛,然后飞往撒哈拉沙漠的非洲,或意大利和希腊等地。另一部分则从北美向西南方向长途飞行。它们飞越广阔的太平洋,到达数千英里之外的地方,例如日本甚至澳大利亚。
在泥盆纪发现的某类昆虫化石表明,昆虫最初是没有翅膀的。后来,在石炭纪,飞虫开始出现。当时的飞虫体型庞大,与蜻蜓相当。它们的躯干上有两对翅膀。在飞行过程中,它们的翅膀拍打速度很慢,但也许它们能够像蜻蜓一样在空中滑翔。
我们知道,鸟类和蝙蝠的翅膀是由前肢进化而来的。鸟类或蝙蝠的翅膀是从背部长出来的外皮组织。翅膀上具有甲壳质的翅脉,其中包含着气管、血管和神经。昆虫的翅膀并非由爬行动物器官进化而来,它们从一开始可能就是全新的结构。
昆虫的翅膀比鸟类翅膀更加先进。它们的结构虽然比鸟类翅膀简单,但它们的组合活动能力却远胜于鸟类翅膀。昆虫在飞行时不仅频繁地扇动翅膀并产生很大的振动,而且在停息或紧贴物体时还会折叠翅膀,贴在身体的背侧、侧面或腹侧。
前面提到过,昆虫能够飞越高山和海洋,那么一只小小的昆虫是如何飞得这么远的呢?它们的精力是怎样支撑这些长时间飞行的呢?
事实上,昆虫在飞行时并不需要消耗体力,因为它们在空中飞行时并不挥动翅膀。它们只需张开翅膀,利用空气的流动在空中托起身体,然后熟练地运用风力将身体推向前方。昆虫善于利用气流变化来进行长距离滑翔。虽然人类也可以使用滑翔机在空中滑行,但滑翔距离非常短,与昆虫在空中的滑翔能力相比相去甚远。
昆虫在飞行过程中的翅膀振动速度远远超过鸟类。科学家在观察昆虫飞行后发现,不同种类的昆虫振动翅膀的频率不同,且差异很大。例如,双翅目、膜翅目和鞘翅目昆虫的翅膀振动频率非常快。研究人员利用连拍快照相机、高速胶卷机等仪器拍摄了昆虫飞行的动作。经过分析,他们发现了许多意想不到的情况。
蝗虫每秒可以振动翅膀 18 次,比鸟类快得多,但与其他昆虫相比还不算快。例如,大黄蜂每秒振动翅膀 110 次,非洲采采蝇每秒振动翅膀 120 次,普通苍蝇每秒振动翅膀 180 次,蜜蜂每秒振动翅膀 236 次。雄蚊每秒振动翅膀 100 次,金龟子每秒振动翅膀 587 次,而一种小蚊子的翅膀振动频率更是令人难以置信:每秒 700-1000 次!
在进化过程中,昆虫之所以能够形成如此惊人的飞行能力,归功于它们翅膀的特殊结构。像蝗虫或蜻蜓等昆虫通过弯曲和收缩翅膀根部的肌肉来振动翅膀。这样一来,振动频率就比较低。苍蝇、蚊子或蜜蜂通过胸肌的弹性来振动翅膀,振动频率要高得多。由于昆虫体内有一种物质能够直接转化为肌肉的机械能,使翅膀能够以极高的频率振动,所以它们胸腔中的弹性肌肉可以自动迅速地伸展。
你可能知道苍蝇和蚊子等昆虫原本拥有两对翅膀。在进化的过程中,它们的后一对翅膀退化成了一对棍状的附属器官,仅靠前一对翅膀飞行。有趣的是,这两个看似不起眼的“小棍子”在双翅目昆虫的飞行中扮演着至关重要的角色。
它们就像灵敏的感觉器官,帮助昆虫在飞行时保持平衡。如果切断这两个器官,昆虫将无法飞行,甚至会很快死亡。
有些昆虫每年跨越大陆和海洋进行长途迁徙,寻找合适的过冬地点。除了令人惊叹的“长跑”能力,它们还能精确地找到目的地,不会在茫茫大海中迷失方向。蜜蜂远离蜂巢寻找花蜜,即使在花丛中反复绕路,也能准确地飞回蜂巢。
科学家们发现,一些昆虫的定向能力似乎与太阳的位置无关,因为它们即使在黑暗中也能继续朝着特定方向飞行。研究表明,这些昆虫体内含有微量的氧化铁,足以感知地球磁场的变化,从而实现精准的导航。
昆虫在漫长的进化过程中发展出如此奇妙的飞行能力,堪称大自然的杰作。仿生学研究人员希望从昆虫的飞行机制中汲取灵感,改进未来飞机的设计,打造出新型飞行器。