出品：科普中國
作者：蘇澄宇
監(jiān)制：中國科普博覽
家里衛(wèi)生間墻上有時候會有一些小飛蟲，相信大家對下面這個圖并不陌生。
圖1 明明關(guān)緊了門窗，卻還是會發(fā)現(xiàn)這種小飛蟲
（圖片來源：pinterest）
這種小飛蟲是蛾蚋科的，具體來說，要么是白斑蛾蚋，要么是星斑蛾蚋。
你會發(fā)現(xiàn)，它們一般都出現(xiàn)在潮濕的地方，而且很不容易被打死?？匆娝鼈兊臅r候，停在墻上半天也一動不動，剛想過去給一巴掌，就馬上跳到另一邊墻上，十分討厭。
圖2 蛾蚋成蟲
（圖片來源：Lyle J. Buss, UF/IFAS）
不僅如此，它身上還攜帶著一堆病原體。有科學(xué)家捉了一些蛾蚋，對它們進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)存在大腸桿菌和沙門氏菌。很明顯，蛾蚋與蚊子、蒼蠅一樣，對人類來說是害蟲。
令人煩惱的是，只要關(guān)好門窗，蚊子和蒼蠅基本上就不會再飛進(jìn)來了，但蛾蚋不一樣，你的門窗關(guān)得再嚴(yán)都沒用，因為它們是從下水道飛上來的。
圖3 如果不信的話，你可以在下水道上方貼上膠帶，過一天再取下來，很可能會發(fā)現(xiàn)上面粘有蛾蚋。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）
為什么蛾蚋喜歡待在下水道里？
因為在洗碗的時候，各種細(xì)小的廚余垃圾會被沖進(jìn)下水道，這個過程中難免會有一些殘羹剩飯和一些有機物留在管壁，形成黏糊糊的“營養(yǎng)薄膜”（biofilm），這就成了蛾蚋幼蟲最好的食物。
而且蛾蚋的卵需要附著在濕潤的表面上，下水道管壁的表面就成了最容易滋生蛾蚋的地方。通常來說，蛾蚋一次會產(chǎn)下15~40個卵，多的也會有上百個。
蛾蚋的卵是半透明的，而且很小，長度一般不會超過1毫米。
圖4 蛾蚋的生長周期
（圖片來源：Semantic Scholar）
那問題來了，我們沖水的時候，為什么不會把這些小飛蟲沖下去？
一位科學(xué)家（Nathan B. Speirs）對這一現(xiàn)象很好奇，于是進(jìn)行了一些研究。但說出來你可能不信，他的研究方向并不是昆蟲學(xué)，而是流體力學(xué)。
為了更好地了解蛾蚋的體表和毛發(fā)結(jié)構(gòu)，在拿到實驗樣本之后，他做的第一件事就是用電子顯微鏡檢查蛾蚋的形態(tài)特征。
圖5 在一次次放大電子顯微鏡鏡頭倍數(shù)后，蛾蚋翅膀的細(xì)節(jié)越來越清晰。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
通過一次次放大電子顯微鏡的鏡頭倍數(shù)，我們可以清晰看到，蛾蚋翅膀上布滿了密密麻麻的倒鉤，每根倒鉤的間隔在4.28微米左右。在翅膀的邊緣處也有細(xì)細(xì)的絨毛，每根絨毛放大后還有倒刺的結(jié)構(gòu)。
圖6 翅膀邊緣的絨毛和絨毛上的倒刺
（圖片來源：參考文獻(xiàn)3）
在它們的腿毛上也可以發(fā)現(xiàn)同樣的倒刺結(jié)構(gòu)：
圖7 蛾蚋腿毛上的倒刺結(jié)構(gòu)，清晰可見
（圖片來源：參考文獻(xiàn)3）
遍布蛾蚋身體的密密麻麻的倒刺有什么用呢？
可以肯定的是，倒刺不是用來防御潛在的捕食者的，因為微米級的倒刺根本傷害不到誰。
倒刺實際的作用在于讓蛾蚋體表產(chǎn)生超疏水性。疏水性和親水性相反，“親水”簡單理解就是和水有親和力，相互吸引，“疏水”是指和水相互排斥。
荷葉出淤泥而不染的特性就是與荷葉上的疏水結(jié)構(gòu)有關(guān)，這些疏水結(jié)構(gòu)具體來說，就是荷葉表面上大量的微米級蠟狀微乳狀液結(jié)構(gòu)。
圖8 荷葉表面微米級蠟狀微乳狀液結(jié)構(gòu)
（圖片來源：Barthlott）
圖9 每個乳突上分布著大量的納米級細(xì)支化結(jié)構(gòu)
（圖片來源：Barthlott）
另外，荷葉上還有很多的蠟狀細(xì)微管子：
圖10 荷葉上的蠟狀微管
（圖片來源：Barthlott）
正是荷葉上這些密密麻麻的微突結(jié)構(gòu)，讓水滴在接觸到荷葉的一瞬間，幾乎呈球形，可以在各個方向上滾動，帶走荷葉表面的灰塵，卻不留下任何痕跡。
圖11 普通表面（左）和疏水表面（中、右）的區(qū)別。水滴接觸到表面后有大于90度的傾斜角被稱為疏水結(jié)構(gòu)，大于150度則被稱為超疏水結(jié)構(gòu)
（圖片來源：Wikipedia）
蛾蚋身上的那些微米級倒刺也是一樣的道理，不過光是有微突結(jié)構(gòu)還不夠，材料也得跟上才行。
疏水的材料表面有一個共性，就是低表面能。
如果一種材料的表面能很高，意味著它表面有較強的化學(xué)鍵，因此更容易吸引液體潤濕表面，低表面能則不容易潤濕表面，這就是低表面能材料疏水的原理。
圖12 圖分別為非潤濕（接觸角為180°），潤濕（接觸角<90°）和完全潤濕（接觸角為0°）。（接觸角是連接固液界面和液氣界面的角度）
（圖片來源：Wikipedia）
蛾蚋體表細(xì)毛的成分主要是甲殼素，這種物質(zhì)有低表面能，因此有很強的的疏水性，只溶于特定溶劑。
經(jīng)過計算，蛾蚋體表的疏水結(jié)構(gòu)在碰到水后可以產(chǎn)生175°的接觸角，這不僅是疏水結(jié)構(gòu)，還是超疏水結(jié)構(gòu)。
為了驗證這點，科學(xué)家做了兩個小實驗：
圖13 將一滴水放到蛾蚋身上后的情況
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
首先是將一滴水放到蛾蚋身上，可以看到產(chǎn)生了175°的接觸角，水不會沾在它身上，只會變成水滴滾落。
雖然蛾蚋體表疏水，但不疏油。前面說了甲殼素溶于特定溶劑，所以第二個小實驗是將一滴硅油放在蛾蚋身上，它會馬上浸潤蛾蚋的身體。
圖14 將一滴硅油放在蛾蚋身上后的情況
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
圖15 通過電鏡，可以更清楚地觀察水滴和蛾蚋身上絨毛的相互作用。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
這就是蛾蚋不怕水的原因，因為它的體表是超疏水結(jié)構(gòu)。
蛾蚋在面對水的時候是不是完全無敵呢？
也不是完全無敵。
科學(xué)家用3種形態(tài)的水來沖擊蛾蚋。
第一種是水珠。如果用水珠連續(xù)滴蛾蚋的話，它們幾乎都可以保持身體干燥，并且從水滴撞擊的危險處境下逃開。
圖16 當(dāng)蛾蚋遇到水滴時，不會有太大的壓力。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
第二種是水霧。水霧是由許多直徑小于4.5微米的水滴組成的，當(dāng)這些極小的水滴接觸到蛾蚋體表時，對它們幾乎沒有太多影響，它們拍拍翅膀振開水滴就飛走了。
圖17 水霧對蛾蚋幾乎沒有影響。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
第三種是水流。當(dāng)水流沖擊蛾蚋時，在一瞬間會將其淹沒，但它們很快就會浮到水面上逃走。但如果水流沖擊的時間足夠長，讓它們長時間浸泡在水里達(dá)到5個小時以上，就有可能把它們淹死。實驗中科學(xué)家用5個小時的水流沖蛾蚋，結(jié)果4只中有2只被淹死了。
圖18 雖然一瞬間被水流打到水面以下，但蛾蚋很快就浮到水面飛走了。
（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）
由此可見，蛾蚋在面對各種形態(tài)的水體威脅時，都具有很強的適應(yīng)性?，F(xiàn)實中，開水龍頭沖水幾個小時不太現(xiàn)實，這也是下水道管壁上的蛾蚋不會被沖走的原因。
怎么做才能根除這些小飛蟲呢？
如果想要根除這些討厭的小飛蟲，就得除掉它們的營養(yǎng)來源，也就是下水道管壁上的“營養(yǎng)薄膜”。對此，最簡單的辦法是：先用刷子刮掉，然后用剛煮開的沸水沖洗（每天倒入下水道1~2次，持續(xù)1周）。
圖19 消除小飛蟲的操作示意
（圖片來源：Treehugger）
最重要的是，一定要記得經(jīng)常清潔下水道，不要偷懶！
參考文獻(xiàn)：
[1] https://wiki.nus.edu.sg/display/TAX/Clogmia+albipunctata+-+Bathroom+fly
[2] Griffith T, Gillett-Kaufman J. Drain Fly Psychoda spp.(Insecta: Diptera: Psychodidae): EENY716/IN1226, 10/2018[J]. EDIS, 2018, 2018(6)
[3] Speirs N B, Mahadik G A, Thoroddsen S T. How drain flies manage to almost never get washed away[J]. Scientific Reports, 2020,10(1):17829.
掃碼下載APP
科普中國APP
科普中國
科普中國
京公網(wǎng)安備11010202008423號