水黽

有這樣一種昆蟲，它們不僅能在水面快速滑行，還能奔跑、跳躍，而且不會因為劃破水面而濕腳。這種昆蟲就是水黽。

水黽隸屬于半翅目黽蝽科，俗稱水馬、水蚊子、水蜘蛛、水板凳等，廣泛分布于世界各地的湖泊、池塘等靜水水域和流速緩慢的溪流，以掉落在水面的其他昆蟲或者浮于水面的小型動物尸體為食。成蟲長8～10毫米，軀干瘦長，中胸發(fā)達，腹面呈灰色；3對足，前足粗短，具抱握作用；中后足細長，向側(cè)方伸開；6足的末端都覆蓋疏水剛毛；口器刺吸式，觸角呈線狀。

無論是通過快速劃動來捕捉獵物，還是通過腿部振動來感知危險，水黽的每一個動作都詮釋著微小生命的精巧演化。從靜水池塘到溪流緩波，它們用獨特的生存策略，演繹著屬于自己的生存奇跡。

“佛系”捕食坐等投喂

雖然與水有著親密無間的關(guān)系，但水黽無法在水里呼吸，只能浮于水面。民間常把水黽稱為“水和尚”，這可能是因為水黽的獵食方式比較“佛系”—靜靜地趴在水面，紋絲不動又極具耐心地等待食物主動上門。

受限于體形弱小，水黽很少主動捕食，它們通常坐等獵物“自動投喂”。當(dāng)蚊子、蜘蛛等昆蟲不慎落水，或者水下的魚蝦、蝌蚪死亡后浮出水面，那就代表水黽的美食來了。這時，它們會以極快的速度沖向食物，用口器吸食食物。水黽不挑食，它們可以把能吃的各種食物吃得干干凈凈。

盡管水黽有著“水蚊子”的別名，其實并不叮咬人。水黽的天敵主要有魚類、鳥類、蜘蛛、蜻蜓幼蟲等。雖然水黽會食用蜻蜓成蟲的尸體，但蜻蜓幼蟲（水蠆）對水黽有著更大的威脅。水蠆為肉食性，性情兇猛，喜歡捕食小型水生昆蟲及其幼蟲，甚至可以捕食小魚和蝌蚪，水黽自然也是它的捕食對象。如此看來，水黽并非天生喜歡靜靜待在水面，這也是它們?yōu)榱颂颖鼙徊妒车挠行娌呗裕吘挂坏┰谒骠[出點動靜，就很容易引起包括水蠆在內(nèi)的捕食者的注意。

危險交配與生命蛻變

春夏時節(jié)為水黽的求偶、交配期。交配前，雄蟲會利用雌蟲害怕在水面“鬧出動靜”的特點，持續(xù)敲擊水面以激起微波來“脅迫”雌蟲交配。為什么雌蟲會害怕水面有動靜呢？因為交配時，雄蟲在上雌蟲在下，雌蟲離水面更近，更容易遭到水下捕食者的攻擊。雖然交配會讓生命安全受到威脅，但并不是所有雌蟲都會被動接受。雌蟲腹部有一個可以控制開合的生殖盾，如果雌蟲愿意接受雄蟲的愛意，它就會用類似的頻率激起水波紋以回應(yīng)雄蟲，然后打開生殖盾，與雄蟲完成交配。可見，水黽的交配多是在冒著生命危險的情況下進行的，這份愛的結(jié)合確實很危險。

水黽為不完全變態(tài)昆蟲，經(jīng)歷卵、若蟲、成蟲3個階段。受精成功的雌蟲會選擇在晴朗的日子將卵產(chǎn)在水草或落葉上。經(jīng)過一段時間的孵化，卵殼破裂，若蟲孵化而出。若蟲會先沉入水底，然后浮出水面，隨成蟲一起活動。經(jīng)過5次蛻皮后，若蟲會變?yōu)槌上x，在水面的活動速度也會隨之提升。

“水上滑行冠軍”背后的科學(xué)秘密

雖然水黽平時都靜靜地趴在水面上，但一旦遇到美食或危險，它們就會以極快的速度捕食或逃離，在此過程中還不會打濕身體。根據(jù)觀測，水黽的滑行速度可達1.5米每秒。難怪古人常將水黽稱為“賣油郎”—感覺它們的腳底就像抹了油一樣，能在水面快速跑跳而不濕身。

首先來看看水黽在水面快速運動而不濕身的原因。我們知道，力的作用是相互的。物體要運動，必須要先給其他物體一個作用力，然后在其反作用力下完成運動。水黽靠足支撐于水面，通過劃水完成運動過程，但它們的足又細又長，按理說，受力面積小、壓強大，劃水時應(yīng)該打濕身體才對，為何它們能健步如飛而不濕身呢？這主要得益于水黽足部和腹部特殊的剛毛。這些剛毛的平均直徑只有幾微米（人頭發(fā)的直徑為60～100微米），眾多剛毛按同一方向排列并呈螺旋狀聚在一起，通過吸附空氣以形成氣膜，使其足部能支撐超過自重十幾倍的重量。同時，水黽腹部密布的剛毛也有一定的疏水性，讓水無法沾濕水黽的身體。也就是說，細密且疏水性的剛毛是水黽能輕松浮于水面且不會濕身的秘密所在。當(dāng)然，水的表面張力也是保證水黽能在水面行動自如的物理因素。表面張力指液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，液體溫度越高，表面張力越小。

接著來看看為何水黽在水面滑行的速度會如此快。水黽主要通過滑動中足完成水上運動，它們的中足特別長，具有強大的推力，承擔(dān)著“驅(qū)動足”的功能；前足和后足則主要起感知水體振動和保持平衡的作用。在三對足的配合下，水黽能輕松推開300倍于自身體積的水量。加上足部和腹部剛毛賦予的疏水性和水的表面張力，水黽才能以極快的速度沖向食物或躲避天敵的捕食。當(dāng)然，也正是憑借著細長的中后足，水黽才能輕松在水面跳躍，它們跳躍的高度通常有三四十厘米。

水黽是淡水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物種，能通過分解有機質(zhì)參與物質(zhì)循環(huán)。對水黽生物學(xué)特性的深入研究，不僅利于揭示微觀尺度下的流體力學(xué)規(guī)律，更為仿生?料與微型機器人設(shè)計提供了重要啟示。中國科學(xué)院沈陽自動化研究所微納米課題組曾從水黽身上獲得靈感，結(jié)合聚二甲基硅氧烷、石墨烯、磁性顆粒等制備了具有光響應(yīng)、磁響應(yīng)及超疏水特性的復(fù)合?料，研制出的仿水黽微型機器人可以完成水面快速游動、跳躍及翻滾等動作。隨著研究的深入，新型水黽仿生機器人有望在水處理、水上運輸?shù)阮I(lǐng)域得到應(yīng)用。