瓢虫为什么不敢用水洗澡？丨展卷( 三 )

像你我这样的人，可能一时之间还无法深入理解小型昆虫在墙面这样的竖直表面，甚至叶片反面或天花板那样的倒立表面上行走的奇妙之处。并不是只要在足底分泌一层薄薄的黏液，我们也能够在竖直的墙面上行走了。在这个问题上，我们必须考虑作用力的尺度。以人类的尺度而言，重力起到了主导作用，在我们迈出竖直攀爬的第一步之前，地心引力就会无情地把我们拉回地面。可是瓢虫的质量仅仅是我们的25 000分之一，在这个尺度上，占主导地位的就是像表面张力、毛细作用力、范德华力这样的分子作用力了。正是利用一些影响分子作用力的小技巧，瓢虫才得以黏附在墙壁上。当然这并不是说瓢虫不会受到重力的影响，当它们从墙上或树叶上掉下来的时候，它们也会像我们一样落到地面，只是速度慢了一些，受到的伤害也更小。在地球上，一切物体都会受到重力的作用，只是以大多数昆虫的个头而言，分子作用力发挥着主导作用，而不是重力。
然而，有得必有失。尽管瓢虫可以仅凭借一层薄薄的液体就附着在墙面上，但为它带来这些好处的分子作用力和作用定律也同时为它带来了一些不利之处。当我们或其他大型动物需要清洁身体的时候，我们可以淋浴、泡澡，或者直接跳进距离最近的水塘就行。在我们结束清洗的时候，由于重力的作用，大部分水珠都会直接从身上滑落，只有一些薄薄的水层或几滴水珠还挂在身上。狗会甩动自己的身体把水珠甩走，人类会用毛巾把水擦干。就算两个办法都不可行，只要等待一段时间，这些水也能自然蒸发掉。
在这个问题上，瓢虫则需要更小心，就算是一小滴水也会死死地粘住它们。这滴水所产生的表面张力对它来说太大了，即使瓢虫的腿就它们的体积而言已经极为强壮，也无法将这团水从自己的身上推开。一些体积更小的昆虫 (比如蚂蚁) 甚至完全有可能被一滴水困住。水滴表面的水分子之间的吸引力形成了一个由表面张力构成的“水牢”，将蚂蚁困在水滴的内部无法挣脱。由于类似的原因，许多昆虫 (尤其是小型昆虫) 会选择通过“干洗”的方式清洁自身。它们用自己坚硬的腿刮去身上的灰尘和脏东西，避免落入可怕的水之陷阱。
在现实生活中，有许多非常明显的事情，我们有时会觉得它们是理所当然的，也不会对它们产生过多的兴趣，比如苍蝇和瓢虫可以停在竖直的表面，而人类却不行。不过这个现象却反映出，我们和瓢虫生活在两个尺度不同的世界。毋庸置疑的是，瓢虫的世界和我们的世界共用一套物理法则，只不过在不同的尺度范围内，占主导地位的是不同的作用力。这同一套物理法则解释了生物功能与形态方面的众多现象。在我们分析瓢虫腿部的设计、小型昆虫洗澡的方式，或者人类与瞪羚运动极限的时候，没有任何一个细节是可以忽略的。然而，光是探索演化中的偶然历史事件，无法帮助我们理解演化的极限与可能性。如果让演化重来一次，生命的模样可能会与现在完全不同，那些我们所注重的细节就会失去意义；但是无论如何，生命肯定还是遵循着基本的物理学定律。所以，若是从基础物理学原理的角度去看待和研究生物现象，我相信我们能够获得更多根本性的收获。
……
在这一章里，针对这只小小的瓢虫，我们进行了一次有趣的探索。在这个过程中，我们能够体会到物理学与演化之间存在着一种不容忽视的深刻联系。在几个月的调研之后，我课上的瓢虫物理研究小组上交一份报告，尽管在这份报告里他们只讨论了少数几个物理定律，报告的长度就已经超过了 40 页。我们甚至没来得及详细探查瓢虫的触须，这上面密集排列着各种感受器，能够感知化学物质、周围的物理环境，在飞翔时体察风速，甚至某些昆虫的触须还能识别声音。针对这每一种能力，我们都能列出一系列方程式，并进行深入的分析。我们也没来得及讨论瓢虫的进食，观察它们的颚咀嚼的力学原理，弄清它们如何剪断叶片、碾碎食物。进食过程一定包含着数不尽的物理学定理及作用力的参与，共同保证了瓢虫的正常生活。说到食物的消化和吸收，又有一片新的领域能让我们开拓：扩散、渗透，以及摩擦力，这些和其他作用力一起决定了昆虫对于能量和营养物质的吸收效率，而这对于它们的成长和繁殖是不可或缺的。还有昆虫的血液——血淋巴，它在微小的血管中循环，为细胞输送营养物质、清除代谢废物。

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