昆虫后腿首次发现高速机械齿轮：有助跳跃[5P]

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昆虫后腿首次发现高速机械齿轮：有助跳跃



英国剑桥大学的科学家在伊苏斯虫的后腿发现类似齿轮的弯曲牙带，可以像机械齿轮一样咬合和旋转，帮助它们跳跃


伊苏斯虫后腿的每一个齿轮长约400微米，每条腿共有10到12个齿牙


后腿齿轮的咬合与汽车变速箱类似，确保后腿在移动时完全同步。这种同步对于跳跃至关重要，即使存在微小差异，伊苏斯虫也会在跳跃时身体失控


　　科学家只在伊苏斯虫幼虫的后腿发现这种天然机械齿轮，齿轮在它们步入成年后消失。目前尚不清楚这种现象为何发生。科学家认为如果齿轮的一个齿牙破损，整个齿轮也就土崩瓦解。伊苏斯虫幼虫具有自行修复损伤的能力，进入成年后，任何损伤都将是永久性的


　　伊苏斯虫后腿的移动速率高达30微秒。1微秒等于百万分之一秒。科学家表示这种精确同步不可能通过神经系统实现


    在人类制造出自行车和汽车前很久，大自然就已经制造出高速机械装置。在一种体形微小的跳虫后腿，英国剑桥大学的科学家首次发现了天然的高速机械齿轮。这种昆虫名叫“伊苏斯虫”，擅长在植物之间跳跃，是花园中的一种常见昆虫。它们的每条后腿都长有类似齿轮的弯曲牙带，可以像机械齿轮一样咬合和旋转，帮助它们跳跃。

　　这一发现证明在人类发明机械齿轮前，大自然就已经制造出齿轮装置。借助于身体结构分析和高速摄像机，剑桥大学的科学家得出了这一发现。研究论文作者、动物学家格雷戈里-萨顿表示：“我们通常认为齿轮只能在人类设计的机械装置上才能看到，之所以这么认为是因为我们没有仔细寻找。动物世界的这种齿轮并不是设计的，而是进化而来，是天然产生的一种高速而精确的机械装置。”

　　伊苏斯虫后腿的每一个齿牙长有圆角，与其他齿轮相连，防止齿牙在咬合撞击时折断，这一点类似于自行车的齿轮。后腿齿轮的咬合与汽车变速箱类似，确保后腿在移动时完全同步。这种同步对于跳跃至关重要，即使存在微小差异，伊苏斯虫也会在跳跃时身体失控。伊苏斯虫后腿的移动速率高达30微秒。1微秒等于百万分之一秒。

　　研究论文主执笔人马尔科姆-布罗斯教授表示：“这种精确同步不可能通过神经系统实现，因为神经冲动需要很长时间才能达到所需的紧密同步。通过进化出机械齿轮，伊苏斯虫可以向肌肉发送神经信号，产生大致相同的力。如果一条腿启动，齿轮便会立即咬合，实现完美同步。伊苏斯虫的骨骼结构解决了一个大脑和神经系统无法解决的复杂问题。这一发现再一次强调了骨骼特征在移动方面扮演的重要角色。”

　　科学家只在伊苏斯虫幼虫的后腿发现这种天然机械齿轮，齿轮在它们步入成年后消失。目前尚不清楚这种现象为何发生。科学家认为如果齿轮的一个齿牙破损，整个齿轮也就土崩瓦解。伊苏斯虫幼虫具有自行修复损伤的能力，进入成年后，任何损伤都将是永久性的。

　　伊苏斯虫后腿的每一个齿轮长约400微米，每条腿共有10到12个齿牙。与人类制造的齿轮不同，伊苏斯虫的每个齿牙均保持同步，弯向齿轮咬合点。人类齿轮需要采用对称外形，沿着两个方向旋转，伊苏斯虫的每个轮齿是非对称的，都向一个发力点弯曲，从而为跳跃提供单向动力。齿轮结构在动物世界并不鲜见，刺山龟(也被称之为“齿轮龟”)的甲壳和车轮虫的背面等都呈齿轮状，但这些结构的功能要么模糊难明，要么随着进化而逐渐丧失，成为一种装饰型结构。目前，科学家只在伊苏斯虫身上发现功能性齿轮结构。研究论文刊登在最新一期《科学》杂志上。