拒水性(水生昆虫——水黾)

Posted 2023-05-27

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拒水性(水生昆虫——水黾)

水黾是水生半翅目类昆虫，黾蝽科，栖息于静水面或溪流缓流水面上。身体细长，非常轻盈；前脚短，可以用来捕捉猎物；中脚和后脚很细长，长着具有油质的细毛，具有防水作用。体色黑褐色，体长约22mm，也能够在陆地上生活一段时间。

水黾是一种在湖水、池塘、水田和湿地中常见的小型水生昆虫。水黾科昆虫成虫长8至20mm，黑褐色，头部为三角形，稍长。体小型至大型，长形或椭圆形。口吻稍长，分为3节，第2节最长；触角丝状，4节，突出于头的前方。前胸延长，背面多为暗色而无光泽，无鲜明的花斑，前翅革质，无膜质部。身体腹面覆有一层极为细密的银白色短毛，外观呈银白色丝绒状，具有拒水作用。其躯干与宽黾蝽科类似。它们的躯干非常瘦长，躯干上被极细的毛，这些毛厌水。腹部具明显的侧接缘。

水黾科昆虫有3对足，前足较短，中、后足很长，向四周伸开，后足腿节多远伸过腹部末端。前足明显较短。跗节2节，端节的末端裂成2叶，一对爪着生在裂隙的基部。后面的一对腿可以用来控制滑动的方向，中间的一对腿则是驱动的腿，特别长。前面的一对腿比较短，只被用来捕猎。跗节上的毛使得它们可以借助表面张力在水面上非常快地运动，而不会下沉。触角4节，明显伸出。喙4节，粗壮，直，但不紧贴于头部腹面。前胸背板极为发达，向后延伸，将中胸背板全部遮盖，外观不能看见。在无翅类型中尤其如此。前胸背板前端不具领圈。中胸小盾片不发达。

水黾科昆虫单眼退化，一对位于两侧的复眼发达，视力非常好。不同种的翅膀发展程度不同，甚至在同一种内不同个体的翅膀发展也会非常不同，从完全消失、发育不全一直到完全发育。控制这个翅膀发育的因素是幼虫阶段的光强度。只有翅膀完全发育的昆虫才能够飞。无翅个体中，后胸背板外露，外观直接位于前胸背板之后。前翅质地均一，多少成鞘质，向端方渐薄，但没有界限明确的膜片。爪片区分不明显，静止时左右二前翅重叠范围大，不形成任何爪片接合缝。短翅、无翅现象甚为常见。

雄虫抱器在有些种类中退化。雌虫产卵器针状。卵产在浮于水面的叶片下方或其他物体上，以胶质粘附，或覆以胶质，亦有潜入水下产卵者。若虫大体形状与成虫相似，腹部没有臭腺，亦不具臭腺孔。黾蝽科几乎终生生活于水面，借助体下的拒水性毛和伸开的肢体等适应性性状，不致下沉或被水沾湿。在水面上划行主要依靠中足和后足的动作，前足在行动时举起，不用以划行，主要用于捕捉猎物。黾蝽以掉落在水上的其他昆虫、虫尸或其他动物的碎片等物为食。栖居环境包括湖泊、池塘等静水水面以及溪流等流动水面，在湍急的山溪上生活的种类，常常腹部变短或套缩入基部数节。海黾属等类群生活在海中，漂浮于开阔的洋面上，为昆虫中极少数正常在海上生活的类群之一。

水黾科昆虫以落入水中的小虫体液、死鱼体或昆虫为食。通过它们腿上非常敏感的器官它们可以感受到落入水中昆虫的挣扎。通过滑动它们中间的一双腿它们可以在水面上运动，达到1.5米/秒的速度，此外它们可以做30至40厘米的高和远跳动。吃食时，嘴成管状吸食。栖息地一般生活在静水中，往往成群聚集在水面上，在我国南方部分地区经年可见。有些种也专门生活在流水中。海黾属的昆虫多生活在海岸，但是也有个别生活在海洋里，将卵产在浮物上。

水黾科昆虫于春天至初夏交配。当水黾五龄若虫时，经过蜕皮变成成虫时，经常可看到它们有交尾的情形。雄虫会爬到雌虫上方约三十分钟。此后数月中雌虫在水表面附近的植物上产卵，尤其喜欢将卵产在小而细的水草茎秆上，常以丝状物包蔽。卵孵化后若虫先沉入水底，不久即浮向水面，随着其他个体活动，在水面上活动的速度很快，幼虫变态五次。

交配时，雄性水黾会爬到雌性身上，导致雌性面临更大的生命威胁，因为它们留在水面上，更容易成为掠食者攻击的目标。研究指出，这种胁迫策略可能是在雌性进化出“生殖盾”之后开始的。生殖盾事实上是昆虫版贞操带，意味着交配只有在雌性同意的情况下才能进行，但面对雄性采取的胁迫策略，雌性显然没有太多选择。它们越早就范，成为掠食性鱼类盘中餐的风险就越小。

水滴的表面张力有多大呢？可以这样说，比水滴小的虫子，是不能冲破表面张力而钻入水滴中去的。但是，如果往水里加一点中性洗涤剂，就会削弱水的表面张力，这时，走在水面的水黾足上的毛被沾湿，足冲破了表面张力而穿入水中，水黾就会沉入水中，当水黾沉下去后，由于表面张力的作用，水黾就再也浮不上来了。

研究人员发现，水黾的腿能排开300倍于其身体体积的水量，这就是这种昆虫非凡浮力的原因。水黾的一条长腿就能在水面上支撑起15倍于身体的重量而不会沉没。而油脂层和水表面的张力却没有如此大的浮力。水黾以极快的速度在水面上滑行以捕捉猎物。它在水面上每秒钟可滑行100倍于身体长度的距离，这相当于一位身高1.8米的人以每小时400英里的速度游泳。

水黾之所以能够浮在水面，其腿部特殊的微纳米结构才是真正原因，江雷领导的研究小组在高倍显微镜下发现，水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。人的头发的直径大约在80-100微米之间，而这些像针一样的微米刚毛的直径不足3微米，表面上形成螺旋状纳米结构的构槽，吸附在构槽中的气泡形成气垫，从而让水黾能够在水面上自由地穿梭滑行，却不会将腿弄湿。水黾的多毛腿一次能够在水面划出4毫米长的波纹。研究人员将水黾腿的这种性质称为超疏水性。

水黾正是利用其腿部特殊的微纳米结构，将空气有效地吸附在这些同一取向的微米刚毛和螺旋状纳米沟槽的缝隙内，在其表面形成一层稳定的气膜，阻碍了水滴的浸润，宏观上表现出水黾腿的超疏水特性。正是这种超强的负载能力使得水黾在水面上行动自如，即使在狂风暴雨和急速流动的水流中也不会沉没。

水黾腿部刚毛的疏水性类似于鸭子背部的毛，但是，普遍的疏水性（或抗水性）也许会让昆虫在水面上呆一会儿，轻微的触动或扰动就会打破这种平衡。然而，在水黾腿部和水面间形成的空气垫却让它们在水面上快速而稳定地行走或奔跑。像鸭子一样，其它动物也拥有这种疏水的特性，但绝大多数都没有超级疏水特性。该研究成果将用于新型水上交通工具。而且，它还利用了水的表面张力，在水上弹射前进