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棲息在沙漠中的生物通常表現出驚人的適應乾旱環境的能力——想想仙人掌多汁莖實現的卓越儲水能力。現在,一項新的研究揭示了棲息在南部非洲奈米布沙漠的甲蟲同樣引人注目的集水特徵。科學家們長期以來觀察到,在這一無雨地區,某些甲蟲會彎腰迎風,從清晨的霧氣中收集背部的水分,讓霧氣形成水滴,然後滾落到它們的口器中。但是,這種生物究竟是如何將霧水轉化為相對較大的水滴仍然是一個謎。今天發表在《自然》雜誌上的研究表明,甲蟲凹凸不平的外殼起到了作用。這一發現可能會啟發商業集水裝置的設計。
英國牛津大學的安德魯·R·帕克和克里斯·R·勞倫斯長期仔細觀察了屬於Stenocara屬的甲蟲的融合覆翅或鞘翅的表面。鞘翅覆蓋著肉眼可見的凸起陣列。但在顯微鏡下觀察,出現了一種更復雜的結構。雖然凸起的峰頂看起來光滑裸露,但它們的側面和谷地卻有紋理並塗有蠟。研究人員報告說,這種微觀結構創造了一種高度疏水的表面,類似於荷葉所表現出的表面,荷葉以其排斥雨滴的能力而聞名。錄影顯示,霧水落在親水性或親水的峰頂上,然後形成快速增長的水滴,這些水滴附著在鞘翅上。一旦水滴的接觸面積覆蓋了親水性峰頂,作者寫道,“其質量與其表面接觸面積的比率迅速增加,直到克服了將其附著在表面上的毛細管力。” “在這一點上,液滴脫落並沿著傾斜的甲蟲表面向下滾動,並沿著其路徑被其他峰頂提供的輕微附著力引導。
帕克和勞倫斯指出,“這種集霧結構的設計可以以低廉的成本進行商業規模的複製,並且可以應用於例如集水帳篷和建築物覆蓋物,或應用於冷凝器和發動機。” 事實上,結合甲蟲優雅結構的裝置可以幫助為缺雨地區提供飲用和農業所需的水。