苍蝇落在玻璃上

琦君

拥有王炸技能的苍蝇总让人感到无奈有着王者炸技的苍蝇，总让人感到无奈。

国王的油炸技术来自苍蝇的脚。

你有没有想过为什么苍蝇可以在光滑垂直的表面上自由漫步，比如轻玻璃？如果苍蝇的腿可以“吸”住一个物体的表面，那么为什么当我们伸手去打时，它们却可以轻易地飞走，似乎完全忽略了这种“粘性”？

这个问题直到最近30年才得到可靠的回答。而且知道这个答案后，虽然你对着苍蝇挥的小拳头会握的更紧，但你不得不感叹他们有这种炸王的本事。

我一直对人类的昆虫，尤其是苍蝇，会爬屋檐，会爬墙这个问题很感兴趣。最早的学术研究可以追溯到17世纪。不管是谁，都不会怀疑苍蝇“爬树”的本领长在脚上。研究人员也对苍蝇脚的技能提出了各种解释，比如苍蝇脚有极好的抓力，脚上有静电。

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1862年，英国昆虫学家塔芬·韦斯特(Tuffen West)指出，苍蝇的脚的问题已经被反复研究过。很多人以为这个问题已经完美回答了，没有什么值得探究的问题了。但事情在20世纪80年代发生了转变。1983年，英国自然历史博物馆的研究员奈杰尔·e·斯托克驳斥了过去的理论。Stork发现苍蝇的“脚毛”和“脚汗”是关键。是的，苍蝇不仅有脚毛，还有汗毛。苍蝇爬上玻璃后，脚上留下了脚印。

电子显微镜下的苍蝇的毛脚电子显微镜下苍蝇的毛脚

从图中可以看出，其实苍蝇攀爬主要靠两种“全手脚”的身体结构，第一种是跗骨段的脚(类似于人类的手和脚)，第二种是脚上的毛毛(类似于手脚上的毛)。

具体来说，苍蝇是进化中新出现的双翅目昆虫，有像吸盘一样的毛脚。这个生物装置叫做爪垫。它们的爪垫上还有“脚毛”，也就是刚毛。这种脚毛和人的脚毛不一样。苍蝇的脚毛有点像铲子的形状，看起来像小爪垫。而且苍蝇的每一根脚毛都是由一个表皮细胞发育而成的，非常精致。

苍蝇脚上的每个爪垫用大约30根脚毛“覆盖”婴儿。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，苍蝇的攀爬技巧就不会这么强。Stork指出，苍蝇脚汗和范德华力(分子和原子靠得很近时的引力)产生的毛细现象可以提供很大的吸引力。如果让苍蝇在硅胶上行走15 ~ 30分钟，硅胶吸收了它们脚上的汗液，那么它们就无法在光滑的玻璃表面上行走。

所以苍蝇走路的时候，一路留下汗脚和脚印。2015年，德国奥斯纳布吕克大学和基尔大学的研究人员发现，果蝇走过的地方，会留下清晰的脚汗滴，其形状与它们的脚毛相同。然而，我们不知道苍蝇的脚汗是从哪里来的。这个问题直到1998年才得到答案。

那一年，德国马克斯·普朗克研究所的研究人员斯坦尼斯拉夫·n·戈尔布(Stanislav N. Gorb)和他的同事利用电子显微镜发现了苍蝇脚毛的秘密。原来这脚汗不是从脚掌垫流出来的，而是从脚毛尖(刚毛末端)流出来的。他猜测，当苍蝇的脚压在表面时，脚汗会像感应洗手液一样自动挤出，当苍蝇起飞时，脚汗会部分恢复。

有趣的是，他发现苍蝇在行走时，它们的脚在物体表面是相对静止的，没有滑动摩擦发生。也就是说，当苍蝇走路时，它的动作就像是踩在吸盘上的脚。Gorb后来在2006年发现，当谈到消除粘性时，苍蝇有三套动作:推、扭和拉，就像人类的扯皮一样。其中，拉的动作最省力。

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）在这里，苍蝇爬屋檐、爬墙的问题得到了解决:苍蝇的脚毛和汗液提供了平行于物体表面的强大吸附力。但由于脚毛和汗液产生的毛细作用和范德华力需要紧贴物体表面才能起作用，所以只要苍蝇轻轻抬起腿，这两种力就会自动消散，粘性也就消失了。原来苍蝇的脚也是这么跳的空。苍蝇的一对爪垫(圆圈用5表示)

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铲形足毛(刚毛，淡蓝色)是苍蝇吸附在垂直表面的关键因素之一。

苍蝇脚的仿生应用

如果你还不明白苍蝇脚的凶残，我们来看看人类恢复苍蝇脚的效果。看，苍蝇的脚是这样用的:如果你沿着一个物体的表面拉，很难把它拉开；但是如果你使力垂直于物体表面，你可以用轻微的升力来释放它。

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，制造出了同样的脚毛。他们之所以能做出“搓手”一样的脚毛，是因为他们仔细观察了幼果蝇脚的发育过程。事实上，这种非同寻常的足毛是在果蝇宝宝的发育过程中产生的，而足毛的形成只需要两步:将成为足毛的表皮细胞不断拉长，然后蛋白质(肌动蛋白)在拉长的细胞顶端堆积，形成“铲子”。就这样，一个细胞发育成了一根脚毛。

受果蝇脚和足的发育规律启发，他们用低级材料制作了一个和果蝇脚和足一样粘的强力工具:脚毛是拉长的尼龙丝，脚汗是海藻酸钙。将两根尼龙丝浸泡在海藻酸钙溶液中，然后拔出。整个过程可以在室温下方便地进行。根据他们的计算，一把截面积为9平方厘米的铁锹可以举起一个60公斤重的人，但如果往正确的方向拉，铁锹可以一下子脱落，可以反复使用。

说实话，人类制造的很多粘性物质，比如文具胶，都是一次性的，刮下来就不能再用了。然而，苍蝇的脚是不同的。虽然它们的脚很粘，但可以反复粘贴各种表面，很容易飞走。如果这种仿生工具能够大规模生产，人类或许能够减少大量的垃圾和污染。

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