为什么你能用手打到蚊子,却打不到苍蝇?

◎北京科学中心

在炎热夏日,蚊子在耳边嗡嗡作响,我们很容易就能一巴掌将其拍死。

然而,当面对苍蝇时,尽管它们看起来更大、更明显,但我们却往往难以一击即中。这背后其实蕴含着一些有趣的生物学和物理学原理。

苍蝇拥有宽广的复眼视野

人类的双眼位于头部前方,每一只眼睛都独立配备了一套完整的视网膜成像系统,这就是单眼视觉系统。而包括苍蝇在内的许多昆虫和节肢动物,则拥有一双巨大的复眼,占据了头部很大的一块地方。

每个复眼都是由若干个小眼组成,例如家蝇复眼由多达4000个六角形的小眼组成,每个小眼都是一套独立的成像系统。

复眼中的每个小眼与人类的眼睛相比,其成像系统比较简陋,小眼叠加在一起所形成的复眼视觉更像一幅马赛克拼贴的画面,像素低,画面解析度差。

复眼虽然成像能力差,但是对光线的明暗变化反应异常灵敏,每个小眼可以在很短的时间内,以非常高的频率对光影变化作出反应。正常人的眼睛每秒能分辨24幅图画(这也是动画片的最低速度),而昆虫的复眼可分辨240幅左右。看快速运动的物体时只要0.01秒就能迅速地分辨物体的形状、大小和相对方位、距离。

此外,复眼的视野比较宽广,苍蝇的复眼几乎能看清360度范围内的物体。无论你埋伏在哪个方向,苍蝇靠着复眼都能发现你。

苍蝇的起飞速度快

除了复眼以外,我们打不到苍蝇的另一个重要原因是,它的起飞速度太快了!我们常见的苍蝇属于有瓣蝇类,这种蝇类起飞的速度比其他蝇类更快,起飞过程平均只需7.34毫秒,而人眨一次眼睛就要用时300毫秒,可想而知苍蝇的起飞速度有多快。

昆虫学家研究发现,苍蝇只用一对前翅膀飞行,它的后翅膀已经退化成哑铃状的平衡棒,但这并不是一个无用的器官。有瓣蝇类能够快速又稳定地起飞正是与这个名叫“平衡棒”的感觉器官有关。

当苍蝇飞行时,平衡棒会以每秒300次的频率高速振动,当苍蝇飞行转向或是倾斜时,平衡棒根部就能感觉到变化并传送给苍蝇的大脑,从而平衡身体纠正航向。如果苍蝇的这一器官遭到破坏,则会明显降低它们起飞的速度与稳定性。

平衡棒是苍蝇飞行时的导航利器,在静止时,苍蝇同样会有规律地振动平衡棒。这种有规律的振动就像热身运动一样,让苍蝇随时能起飞。就像在红绿灯路口等待绿灯的汽车一样,发动机没有熄火,只要绿灯一亮,就可以快速启动行驶。

科学家根据苍蝇平衡棍的导航原理,研制出的陀螺仪,解决了飞行器在高速飞行时出现翻滚和倾斜的难题。现在陀螺仪已在航海、航天航空和军事等领域得到广泛的应用。

为什么苍蝇拍能拍到苍蝇?

苍蝇拍之所以能够成功拍打到苍蝇,归根结底还是得益于一个字:快。苍蝇拍的设计中,长手柄起到了关键作用,长手柄带来长力臂,使得挥拍速度更快。

即便未经训练的普通人,手持苍蝇拍也能轻松达到80m/s的挥拍速度,这种高速挥动使得苍蝇来不及反应就被迅速击中。

苍蝇拍上的小孔设计也起到了一定作用。这些小孔减少了空气阻力,从而进一步提升了苍蝇拍的速度。然而,这并不是决定性因素。

为了验证这一点,你可以尝试一个简单的实验:折断苍蝇拍的手柄,直接用手握着拍头去打苍蝇,你会发现仍然难以击中目标;相反,如果你把一个完好的苍蝇拍上的小孔用胶带封住,虽然成功率会有所下降,但大部分时间你仍然能够成功击打到苍蝇。这表明决定因素就是苍蝇拍末端的速度。

为什么用手能打到蚊子?

吸血的蚊子是我们人类的大敌,历史上死于蚊子传播疾病的人类远多于战争。相比苍蝇,蚊子在飞行时,往往保持着一种相对稳定的飞行轨迹和速度。它们的飞行路径比较单一,且速度较慢,这使得我们在观察到蚊子后,能够相对容易地预测其飞行轨迹,从而准确地出击。

蚊子翅膀构造和独特的飞行方式,致使它们上下飞行的动作更灵敏,如果要逃跑,自然也要用最擅长的方式,沿着前进的方向或上下方向逃跑。

回忆打蚊子的姿势就会发现,当你左右合掌拍击蚊子时,蚊子更容易“逃逸”。拍蚊子的有效技巧,是用上下夹击,而不是左右夹击,而且最好能够迎着蚊子的头部去拍打。

此外,发表在《当代生物学》上的一项研究表明,如果蚊子差点被你拍死,它会对你敬而远之。当蚊子经历过死里逃生的剧烈震荡后,即使遇上先前那种极富吸引力的气味,也会顿时“失去食欲”,逃之夭夭。

(文章源自微信公众号数字北京科学中心)