撒哈拉銀蟻

撒哈拉銀蟻以昆蟲(chóng)和其他死亡的節(jié)肢動(dòng)物為食。它們能在表面溫度高達(dá)70°C沙漠環(huán)境里生存，是已知最耐熱的昆蟲(chóng)之一。

外形特征

與其他箭蟻屬蟻種不同，銀蟻的大型個(gè)體生有特征明顯的軍刀狀的下顎，在有翅雌蟻以及多型工蟻中同時(shí)存在。兵蟻同時(shí)具備雌蟻和工蟻的特征，在蟻群中擔(dān)任防御外敵和存儲(chǔ)食物的工作。

棲息環(huán)境

盡管沒(méi)有已知的陸生動(dòng)物可以在溫度超過(guò)50°C的環(huán)境下長(zhǎng)期生存，但他們卻能夠在表面溫度超過(guò)70℃的撒哈拉大沙漠中生存，該屬的物種通常在形態(tài)和生理上能夠適應(yīng)干燥和炎熱的環(huán)境。

生活習(xí)性

它們?cè)谏衬幸岳ハx(chóng)和其他死亡的節(jié)肢動(dòng)物為食。它們能在50°C下的環(huán)境里生存，是已知最耐熱的昆蟲(chóng)之一。

銀蟻不僅耐熱，其爬行速度也相當(dāng)快。如果將銀蟻換算成人類(lèi)的體型，它們可以達(dá)到每小時(shí)280英里的速度，也就是每小時(shí)450公里。

物種分布

安哥拉，以色列，利比亞，突尼西亞，馬里，沙特阿拉伯

物種研究

據(jù)科學(xué)日?qǐng)?bào)報(bào)道，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)工程學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)助理教授余楠方（Nanfang Yu）和瑞士蘇黎世大學(xué)以及美國(guó)華盛頓大學(xué)的同事發(fā)現(xiàn)了撒哈拉銀蟻在地球上最炙熱的環(huán)境里保持涼爽的兩個(gè)關(guān)鍵策略。余的研究小組是第一個(gè)展示這種螞蟻會(huì)利用一種獨(dú)特形狀頭發(fā)外衣來(lái)控制非常大范圍內(nèi)，從太陽(yáng)光譜（可見(jiàn)光和近紅外光）到熱輻射光譜（中紅外）的電磁波，以及在不同的光譜帶使用不同的生理機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)降低低溫的生理功能。這項(xiàng)研究被發(fā)表在6月18日的期刊《科學(xué)》上。

“這個(gè)生動(dòng)的例子展示了進(jìn)化是如何引發(fā)生理特性的適應(yīng)性，從而完成生理學(xué)任務(wù)并保證存活，在這個(gè)例子里是指預(yù)防撒哈拉銀蟻?zhàn)兊眠^(guò)熱，”余說(shuō)道?！半m然目前已經(jīng)有很多研究調(diào)查紫外線(xiàn)和可見(jiàn)光譜里生命系統(tǒng)的物理光學(xué)，然而我們對(duì)紅外光在這些生物里所起作用的了解非常有限。我們的研究顯示人類(lèi)肉眼可見(jiàn)的光并不意味著它在活體有機(jī)物中沒(méi)有起著至關(guān)重要的作用?！?/p>

這個(gè)項(xiàng)目最初源于科學(xué)家們非常好奇螞蟻引人注目的銀色外套是否在保證它們?cè)跇O熱環(huán)境里保持涼爽中起著非常重要的作用。余的小組在意識(shí)到紅外光的重要作用后發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題的答案其實(shí)要廣泛得多。他們有關(guān)體溫調(diào)節(jié)問(wèn)題存在生物學(xué)解決方法的發(fā)現(xiàn)或可以導(dǎo)致具有最優(yōu)冷卻特性的新型扁平光學(xué)組件的發(fā)展。

“這種仿生冷卻表面將具有太陽(yáng)光譜的高反射性和熱能輻射光譜的高輻射效率，”余解釋道。“所以這或可以產(chǎn)生有用的應(yīng)用，例如車(chē)輛、建筑物、設(shè)備甚至衣物的冷卻表面?！?/span>

撒哈拉銀蟻會(huì)在中午陽(yáng)光最強(qiáng)烈時(shí)在撒哈拉沙漠里覓食，沙漠表面溫度高達(dá)70攝氏度，它們必須保證大多數(shù)時(shí)間自身體溫低于熱能極限，也就是53.6攝氏度。在它們大范圍的覓食旅途中，螞蟻會(huì)尋找昆蟲(chóng)以及其它節(jié)肢動(dòng)物的尸體，后者無(wú)法忍受沙漠惡劣的熱能環(huán)境。在一天中最炙熱的時(shí)刻活動(dòng)使得這些螞蟻可以躲避捕食性沙漠蜥蜴。研究人員一直都很好奇這些小型昆蟲(chóng)（大約10毫米）是如何在這一極端炙熱和壓力的環(huán)境里存活下來(lái)。

利用電子顯微鏡檢查和離子束銑，余的研究小組發(fā)現(xiàn)螞蟻身體頂部和側(cè)邊都覆蓋有三角形截面的獨(dú)特形狀的毛發(fā)，這使得它們可以以?xún)煞N方式保持涼爽。這些毛發(fā)在最高太陽(yáng)輻射的可見(jiàn)光和近紅外光下是高度反射性的。這些毛發(fā)在電磁光譜紅外波段是高度放射性的，它們相當(dāng)于一個(gè)抗反射層，可以增強(qiáng)螞蟻通過(guò)熱輻射卸載多余熱量的能力，這主要是通過(guò)將身體的熱量釋放至冷卻的天空來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)螞蟻暴露在晴朗的天空就可以產(chǎn)生這種被動(dòng)冷卻效應(yīng)。

“為了方便理解熱輻射的效應(yīng)，想象一下早上你起床時(shí)感受的寒冷。在下床的那一瞬間因熱輻射就丟失了一半的能量，因?yàn)槟闵眢w的溫度暫時(shí)比周?chē)h(huán)境要更高?！毖芯咳藛T發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)的太陽(yáng)光譜反射性和提高的熱輻射效率將銀蟻的體溫有效地降低了5-10攝氏度。“這些銀蟻可以操控這么廣的光譜范圍內(nèi)的電磁波這一事實(shí)展示了昆蟲(chóng)看似簡(jiǎn)單的生物學(xué)器官所具備的功能有多復(fù)雜?！毖芯渴紫髡?、余的博士研究生諾爾曼·石楠（Norman Nan Shi）這樣說(shuō)道。

余和石與瑞士蘇黎世大學(xué)腦研究所的魯?shù)细瘛の杭{（Rudiger Wehner）教授、以及美國(guó)西雅圖華盛頓大學(xué)電子工程學(xué)教授蓋里·伯納德（Gary Bernard）合作進(jìn)行了這一項(xiàng)目，他們都是昆蟲(chóng)生理學(xué)和生態(tài)學(xué)研究的專(zhuān)家。哥倫比亞大學(xué)工程小組設(shè)計(jì)和進(jìn)行了所有實(shí)驗(yàn)性工作，包括光學(xué)和紅外顯微鏡學(xué)和光譜學(xué)研究，熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)模擬和仿真。他們正在研究如何將這項(xiàng)撒哈拉銀蟻研究里所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于創(chuàng)造一個(gè)平的光學(xué)組件，或者稱(chēng)“元表面”，后者包含一個(gè)納米光子元素的二維陣列，具有光學(xué)和熱能輻射特性。

余和他的研究小組計(jì)劃接下來(lái)拓展他們的研究至生活在極端環(huán)境的其它動(dòng)物或有機(jī)物，試圖學(xué)習(xí)這些生物面對(duì)這些極端環(huán)境條件的策略?！皠?dòng)物進(jìn)化了不同的策略來(lái)感知和使用電磁波：深海魚(yú)有眼睛可以幫助它們?cè)谏钏镆苿?dòng)和捕食，蝴蝶利用翅膀里的納米結(jié)構(gòu)創(chuàng)造不同顏色，蜜蜂可以看見(jiàn)紫外線(xiàn)信號(hào)并作出回應(yīng)，螢火蟲(chóng)會(huì)使用閃光通信系統(tǒng)，”余補(bǔ)充說(shuō)道?！盀榱烁兄蛘呖刂齐姶挪ǘM(jìn)化的器官在復(fù)雜度和有效性方面往往超越仿真人造設(shè)備。理解和利用這種自然設(shè)計(jì)概念可以加深我們對(duì)復(fù)雜生物系統(tǒng)的理解，從而激發(fā)創(chuàng)造新型科技的靈感。”?