背上的“空调”

教师简介

宋蔷

南京市赤壁路小学科学教师，南京市鼓楼区“优秀青年教师”、江苏省“优秀科技辅导员”，曾获江苏省小学科学实验说课比赛一等奖。

冬天，是寒冷的代名词，人们往往会选择穿棉衣、开空调等方式来取暖。可是，自然界的小动物们又有着怎样的过冬绝技？在部编版四年级科学下册第三单元《昆虫》中，庞大的昆虫家族令人震撼。本期，我们跟随南京市赤壁路小学宋蔷老师一起来看看昆虫的取暖妙招吧！

昆虫家族种类繁多、形态各异，是地球上种类最多的生物物种之一。到21世纪初，人类已知的昆虫有100余万种，但仍有许多种类尚待发现。

尽管在很多电视节目中，昆虫都有自己可爱的衣服，《木偶奇遇记》中的小蟋蟀吉米尼穿着西装、戴着礼帽，非常绅士，但几亿年来，昆虫“光着身子”就成功地渗透到地球的每一个角落。然而，地球上各地的环境千差万别，季节的变化也会导致温度产生巨大差异。严寒来临，昆虫虽然无法裹上厚厚的毛毯，但不必担心，它们可有自己独特的控温神器！

恒温与变温

我们人类是恒温动物，正常的体温在36～37°C，温度过高、过低都会产生不适。冬天来临时，恒温系统使得人类能够控制并形成几种机制来保持热量，并在必要时将热量排出体外。例如，起鸡皮疙瘩、打冷战都是我们身体试图保持最佳温度的方式。其他哺乳动物也有相应的策略，例如长着厚密的皮毛和喘气。当然，聪明的人类还有更多方法抵御寒冷，如穿厚衣服、盖棉被、增加运动，以及开空调等取暖设备。

与恒温动物不同，变温动物通常被称为冷血动物，其中包括爬行动物和两栖动物，它们的体温随着周围温度而波动，这就是为什么蛇和短吻鳄是日光浴的“钟爱粉”。同学们猜猜看，在这两大分类中，昆虫属于哪一类呢？

传统上认为昆虫是变温动物，的确如此，但并不完全这样，有些昆虫比其他昆虫更易受外界温度的影响。昆虫的奇妙之处在于它们在形态、行为和适应性有着惊人的多样性。因此，昆虫并不完全属于温血动物或者冷血动物的范畴，这是有道理的。事实上，昆虫分为恒温动物和变温动物两类。变温动物是指体温可以依据周围环境温度进行调节的昆虫。恒温动物有能力调节身体内部温度，尤其是身体某些部位。对身体某些部位的选择性加热或者冷却，称为（区域）异质性，像黄蜂、蜜蜂、飞蛾、蝴蝶和甲虫，它们都是恒温动物。

温度感知器

动物能对环境的冷热有感知，是因为具有感受温度变化的身体结构。人类的皮肤表面分布着大量的感受细胞，能够分别感受到冷、热的不同刺激。据科学家计算，人体分布的冷点有25万～30万个，热点有3万个，每平方厘米的皮肤就有8～9个冷点、1～7个热点。但是，四肢比起躯干来说，冷点的数量相对更多，所以我们的四肢对冷热的反应更加强烈。

昆虫都有探测环境热能变化的能力，一般情况下，它们通过触角上的一组感受器来完成这一过程，这些感受器被称为“瞬时感受器电位通道”（TRP通道）。这些感受器对周围温度变化非常敏感，并将信息传递给昆虫的神经系统，神经系统指挥昆虫进行必要的身体改变。有的感受器还能感知红外辐射，与昆虫的捕食、繁殖及生存密切相关。一种吉丁虫能用位于中足靠近胸部两侧的两个红外“颊窝”探测到远处发生的森林火灾。

翅膀“空调”

阳光下，美丽的蝴蝶忽而张开翅膀，忽而合上翅膀，同学们知道它们是在干什么吗？大家肯定会说在飞行呀！正确，但是只答对了一半，翅膀可是它们调节体温的神器！

有些蝴蝶的体温必须保持在30～40°C，以维持飞行和捕食活动，一般通过翅膀调节获得需要的体温。过热时，会造成翅膀和胸部的细胞损伤。暴露在阳光中的部分和获得热量的多少，可以通过控制翅膀的位置来调节。当翅膀完全张开，呈水平状时，获得的热量最多;而翅膀完全闭合，呈平行状态时，获得的热量最小。比如，荨麻蛱蝶需要的体温是36°C，只要体温稍微低于这个温度，荨麻蛱蝶就马上张开翅膀正对太阳，努力补充体温的損耗;如果体温过高，它们又会合上翅膀，侧对太阳。同学们，这是不是与航天器的太阳能电池帆板很相似呢？

实际上，除了蝴蝶，其他一些昆虫也会利用翅膀调节体温。比如蜜蜂，它们会让蜂巢内严格保持着一定的温度，以便孵化幼虫。如果蜂巢内温度过高，它们会用翅膀给整个蜂巢通风;如果温度下降，蜜蜂就成群地紧紧聚集在蜂巢周围，以便减小散热面积，或者猛烈地抖动身子，使自己的体温升高，以此为蜂巢升温。

同学们想象一下，如果自己是一只昆虫，在高速飞行时挥动手臂，这无疑是一项非常艰苦的工作。但在飞行时，翅膀的肌肉中会产生大量的热能和能量。通过飞行，增加了血淋巴循环。血淋巴是昆虫体内的一种液体，类似于人体的血液。在昆虫飞行时，热量会顺着血淋巴的流动散发至昆虫全身各处。来自昆虫胸部的热量，也就是翅膀所在的位置，被传递至腹部，腹部的热量通过蒸发将逐渐流失。这样，昆虫冷的时候可以“储存”热量，帮助它们克服寒冷;热的时候也能完美地将热量分散。

在寒冷的冬天，昆虫会消耗多余的热量。低温并不适合飞行，因为在低温条件下，飞行所需的新陈代谢反应不够快。为了克服这一点，昆虫还会进行一些“热身运动”，用力地前后拍打翅膀，该行为类似于颤抖。这时，翅膀产生的热量就不会经过血淋巴分散出去，这样它们就可以先进行对自己身子的取暖工作。如果在冬天要飞行，它们也会先进行上述操作，用力拍打翅膀暖起身子，这就有点像老式手摇拖拉机要启动时，都得用力地先摇上一会儿，让发动机转起来，进入工作循环预热，而后启动。

“昆虫”芯片

千奇百怪的昆虫世界奥妙无穷，无论是昆虫身体的精巧结构还是习性，都给予人类很多启示。科学家发现，蝴蝶翅膀上的鳞片还会随着太阳光的照射方向变化而自动变换角度，从而控制从阳光中获得的热量，以便调节身体的体温。气温低时，鳞片平铺，使阳光垂直射入;气温升高时，鳞片自动张开，通过减小照射角度，吸收较少的热量。

受此启发，科学家将人造卫星的控温系统制成了百叶窗式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属灶，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了人造卫星在太空中由于位置的不断变化而引起的温差高达20～30°C的骤然变化这一难题。科学家还将利用蝴蝶翅膀的散热原理，解决当今迅速发展的容量越来越大、厚度越来越薄的电脑芯片散热问题，从而研制出能在长时间运行状态下保持恒温的电脑芯片。