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为什么厨房、卫生间的小飞虫总是阴魂不散?背后的原因竟是……

编辑:小科普 时间:2022-09-16 来源:昌平科普惠民网

  家里卫生间墙上有时候会有一些小飞虫,相信大家对下面这个图并不陌生。


  这种小飞虫是蛾蚋科的,具体来说,要么是白斑蛾蚋,要么是星斑蛾蚋。


  你会发现,它们一般都出现在潮湿的地方,而且很不容易被打死。看见它们的时候,停在墙上半天也一动不动,刚想过去给一巴掌,就马上跳到另一边墙上,十分讨厌。


  不仅如此,它身上还携带着一堆病原体。有科学家捉了一些蛾蚋,对它们进行检测,发现存在大肠杆菌和沙门氏菌。很明显,蛾蚋与蚊子、苍蝇一样,对人类来说是害虫。


  令人烦恼的是,只要关好门窗,蚊子和苍蝇基本上就不会再飞进来了,但蛾蚋不一样,你的门窗关得再严都没用,因为它们是从下水道飞上来的。


  01


  为什么蛾蚋喜欢待在下水道里?


  因为在洗碗的时候,各种细小的厨余垃圾会被冲进下水道,这个过程中难免会有一些残羹剩饭和一些有机物留在管壁,形成黏糊糊的“营养薄膜”(biofilm),这就成了蛾蚋幼虫最好的食物。


  而且蛾蚋的卵需要附着在湿润的表面上,下水道管壁的表面就成了最容易滋生蛾蚋的地方。通常来说,蛾蚋一次会产下15~40个卵,多的也会有上百个。


  蛾蚋的卵是半透明的,而且很小,长度一般不会超过1毫米。


  02


  那问题来了,我们冲水的时候


  为什么不会把这些小飞虫冲下去?


  一位科学家(Nathan B.Speirs)对这一现象很好奇,于是进行了一些研究。但说出来你可能不信,他的研究方向并不是昆虫学,而是流体力学。


  为了更好地了解蛾蚋的体表和毛发结构,在拿到实验样本之后,他做的第一件事就是用电子显微镜检查蛾蚋的形态特征。


  通过一次次放大电子显微镜的镜头倍数,我们可以清晰看到,蛾蚋翅膀上布满了密密麻麻的倒钩,每根倒钩的间隔在4.28微米左右。在翅膀的边缘处也有细细的绒毛,每根绒毛放大后还有倒刺的结构。


  在它们的腿毛上也可以发现同样的倒刺结构:


  03


  遍布蛾蚋身体的密密麻麻的倒刺有什么用呢?


  可以肯定的是,倒刺不是用来防御潜在的捕食者的,因为微米级的倒刺根本伤害不到谁。


  倒刺实际的作用在于让蛾蚋体表产生超疏水性。疏水性和亲水性相反,“亲水”简单理解就是和水有亲和力,相互吸引,“疏水”是指和水相互排斥。


  荷叶出淤泥而不染的特性就是与荷叶上的疏水结构有关,这些疏水结构具体来说,就是荷叶表面上大量的微米级蜡状微乳状液结构。


  另外,荷叶上还有很多的蜡状细微管子:


  正是荷叶上这些密密麻麻的微突结构,让水滴在接触到荷叶的一瞬间,几乎呈球形,可以在各个方向上滚动,带走荷叶表面的灰尘,却不留下任何痕迹。


  普通表面(左)和疏水表面(中、右)的区别。水滴接触到表面后有大于90度的倾斜角被称为疏水结构,大于150度则被称为超疏水结构,图片来源:Wikipedia


  蛾蚋身上的那些微米级倒刺也是一样的道理,不过光是有微突结构还不够,材料也得跟上才行。


  疏水的材料表面有一个共性,就是低表面能。


  如果一种材料的表面能很高,意味着它表面有较强的化学键,因此更容易吸引液体润湿表面,低表面能则不容易润湿表面,这就是低表面能材料疏水的原理。


  图分别为非润湿(接触角为180°),润湿(接触角<90°)和完全润湿(接触角为0°)。(接触角是连接固液界面和液气界面的角度),图片来源:Wikipedia


  蛾蚋体表细毛的成分主要是甲壳素,这种物质有低表面能,因此有很强的的疏水性,只溶于特定溶剂。


  经过计算,蛾蚋体表的疏水结构在碰到水后可以产生175°的接触角,这不仅是疏水结构,还是超疏水结构。


  为了验证这点,科学家做了两个小实验:


  首先是将一滴水放到蛾蚋身上,可以看到产生了175°的接触角,水不会沾在它身上,只会变成水滴滚落。


  虽然蛾蚋体表疏水,但不疏油。前面说了甲壳素溶于特定溶剂,所以第二个小实验是将一滴硅油放在蛾蚋身上,它会马上浸润蛾蚋的身体。


  通过电镜,可以更清楚地观察水滴和蛾蚋身上绒毛的相互作用,图片来源:参考文献[3]


  这就是蛾蚋不怕水的原因,因为它的体表是超疏水结构。


  04


  蛾蚋在面对水的时候


  是不是完全无敌呢?


  也不是完全无敌。


  科学家用3种形态的水来冲击蛾蚋。


  第一种是水珠。如果用水珠连续滴蛾蚋的话,它们几乎都可以保持身体干燥,并且从水滴撞击的危险处境下逃开。


  第二种是水雾。水雾是由许多直径小于4.5微米的水滴组成的,当这些极小的水滴接触到蛾蚋体表时,对它们几乎没有太多影响,它们拍拍翅膀振开水滴就飞走了。


  第三种是水流。当水流冲击蛾蚋时,在一瞬间会将其淹没,但它们很快就会浮到水面上逃走。但如果水流冲击的时间足够长,让它们长时间浸泡在水里达到5个小时以上,就有可能把它们淹死。实验中科学家用5个小时的水流冲蛾蚋,结果4只中有2只被淹死了。


  虽然一瞬间被水流打到水面以下,但蛾蚋很快就浮到水面飞走了,图片来源:参考文献[3]


  由此可见,蛾蚋在面对各种形态的水体威胁时,都具有很强的适应性。现实中,开水龙头冲水几个小时不太现实,这也是下水道管壁上的蛾蚋不会被冲走的原因。


  05


  怎么做才能根除这些小飞虫呢?


  如果想要根除这些讨厌的小飞虫,就得除掉它们的营养来源,也就是下水道管壁上的“营养薄膜”。对此,最简单的办法是:先用刷子刮掉,然后用刚煮开的沸水冲洗(每天倒入下水道1~2次,持续1周)。


  最重要的是,一定要记得经常清洁下水道,不要偷懒!