苍蝇凭什么能在光玻璃上竖着走

七君

拥有王炸技能的苍蝇总让人感到无奈

王炸技能来自苍蝇的脚

你有没有想过，苍蝇为什么可以在光滑垂直的物体表面，比如光玻璃上随意漫步？如果说苍蝇腿能“吸住”物体表面，那么为什么当我们伸手去打的时候，它们却可以轻松飞走，看起来完全无视这种“黏性”？

这个问题在最近30年才得到了靠谱的答案。而知道这个答案后，虽然你挥向苍蝇的小拳拳会握得更紧，但也不得不感叹它们所拥有的这种王炸技能。

人类对昆虫，尤其是苍蝇能飞檐走壁的问题一直很感兴趣，最早的学术研究可追溯至17世纪。不论是谁，都不会怀疑苍蝇能“上树”的技能点长在了它们的脚上。研究者们对苍蝇脚脚的技能也提出了各种解释，比如苍蝇脚脚的抓力特别好、脚上有静电等。

1862年，英国昆虫学家 Tuffen West 指出，苍蝇脚脚的问题被反复研究，許多人都以为这个问题已经得到了完美的解答，已经没有什么值得探索的疑问了。不过事情在20世纪80年代出现了反转。过去的理论在1983年被英国自然史博物馆的研究者 Nigel E. Stork一一驳斥。Stork 发现，苍蝇的“脚毛”和“脚汗”才是关键，是的，苍蝇不但有脚毛，还会出脚汗。

苍蝇在玻璃上攀爬后留下一路脚汗印迹

电子显微镜下的苍蝇的毛脚

就像你在图片上看到的那样，实际上苍蝇主要靠两种“毛手毛脚”的身体结构实现攀爬，第一种是跗端节的脚脚（类似于人的手脚），第二种是脚脚上的毛毛（类似于手脚上的汗毛）。

具体来说，苍蝇这类在演化上新出现的双翅目昆虫的毛脚长得像吸盘，这种生物装置称作爪垫。它们的爪垫上还长着“脚毛”，也就是刚毛。这种脚毛和人类的脚毛形状不同，苍蝇的脚毛有点像铲铲的形状，看起来就像很小的爪垫，而且苍蝇的每根脚毛都由一个表皮细胞发育而来，非常精致。

苍蝇脚上的每个爪垫“套娃”着大概30根脚毛，长这么多脚毛的主要目的是增加接触面积，从而增加吸力。但是如果没有脚汗，苍蝇的爬墙技能不会这么强。Stork 指出，苍蝇脚汗产生的毛细现象和范德华力（分子和原子靠很近时的吸引力）能提供巨大的吸力。如果让苍蝇在硅胶上走上15～30分钟，让硅胶吸附走它们的脚汗，那么它们就无法在光滑的玻璃表面上行走了。

因此，苍蝇走路时，会留下一路脚汗和脚印。2015年，德国奥斯纳布吕克大学和基尔大学的研究者发现，果蝇走过的地方会留下清晰的脚汗液滴，形状和它们的脚毛一模一样。不过，大家并不知道苍蝇的脚汗是从哪儿流出来的。这个问题直到1998年才得到解答。

那年，德国马克斯-普朗克研究所的研究者 Stanislav N. Gorb 和同事利用电子显微镜发现了苍蝇脚毛的秘密。原来，这脚汗不是从爪垫里流出来的，而是从脚毛的尖尖（刚毛末端）里流出来的。他猜测，当苍蝇的脚脚按压表面时，脚汗就会像感应洗手液一样自动挤出，而当苍蝇起飞时，这些脚汗还会被部分回收。

有趣的是，他发现当苍蝇在走动时，它们的脚毛在物体表面上却是相对静止的，并不会发生滑动摩擦。也就是说，苍蝇走路时，就像脚踩着吸盘一样移动。Gorb 后来在2006年还发现，要消除黏性的时候，苍蝇有三套动作：推一推、扭一扭、拉一拉，就像人类扯皮一样。其中，拉一拉的动作是最省力的。

到了这里，苍蝇飞檐走壁的问题得到了解答：苍蝇的脚毛和脚汗提供了与物体表面平行的强大的吸附力。但是由于脚毛和脚汗产生的毛细作用和范德华力都需要贴近物体表面才能起作用，因此苍蝇只要轻轻抬腿，这两种力就会自动消散，黏性也就消失了。原来苍蝇脚脚的太空舞步是这么来的啊。

苍蝇的一对爪垫（5所指的圆形）

铲铲形状的脚毛（刚毛，浅蓝色）是苍蝇能吸附在垂直表面上的关键因素之一

苍蝇脚的仿生应用

如果你还是不明白苍蝇脚脚的彪悍之处，来看一下人类还原苍蝇脚脚的效果。看好了，苍蝇脚脚是这么用的：如果你沿着物体表面拉，是很难拉开的;但是如果你使的力垂直于物体表面，轻轻一提就能松开。

2020年日本国立材料研究所（NIMS）通过研究果蝇脚毛的形成过程制造出了同款脚毛。他们之所以能制造出“搓手仔”同款脚毛，是因为他们仔细观察了黑腹果蝇宝宝的脚脚的发育过程。实际上，这种超凡的脚毛是在果蝇宝宝发育的过程中产生的，而脚毛的养成只需两步：将要变成脚毛的表皮细胞不断拉长，接着蛋白质（肌动蛋白）在拉长后的细胞顶端累积，形成“铲铲”。就这样，一个细胞发育成了一根脚毛。

在果蝇脚脚发育规律的启发下，他们用低配的材料制造出了和果蝇脚脚一样黏人的大力工具：脚毛是拉长的尼龙丝，脚汗是海藻酸钙，把两根尼龙丝泡在海藻酸钙溶液里，拉出来就成了，整个过程在室温下就能方便地进行。根据他们的测算，横截面积为9平方厘米的铲铲就能吊起一个体重为60千克的人类，但是只要拉对方向，铲铲就能一下脱落，而且能反复使用。

说实话，人类制造的许多黏性材料，比如文具胶水都是一次性的，刮掉以后就不能再用了。但是苍蝇的脚脚却不一样，它们的脚脚的黏性虽然很强，但能反复粘贴各种表面，还可以轻松飞走。这种仿生工具如果能实现规模化生产，人类说不定可以减少很多垃圾和污染。

（本文经授权转载自“把科学带回家”公众号，有删节）