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栖息在沙漠中的生物通常表现出惊人的适应干旱环境的能力——想想仙人掌多汁茎实现的卓越储水能力。现在,一项新的研究揭示了栖息在南部非洲纳米布沙漠的甲虫同样引人注目的集水特征。科学家们长期以来观察到,在这一无雨地区,某些甲虫会弯腰迎风,从清晨的雾气中收集背部的水分,让雾气形成水滴,然后滚落到它们的口器中。但是,这种生物究竟是如何将雾水转化为相对较大的水滴仍然是一个谜。今天发表在《自然》杂志上的研究表明,甲虫凹凸不平的外壳起到了作用。这一发现可能会启发商业集水设备的设计。
英国牛津大学的安德鲁·R·帕克和克里斯·R·劳伦斯长期仔细观察了属于Stenocara属的甲虫的融合覆翅或鞘翅的表面。鞘翅覆盖着肉眼可见的凸起阵列。但在显微镜下观察,出现了一种更复杂的结构。虽然凸起的峰顶看起来光滑裸露,但它们的侧面和谷地却有纹理并涂有蜡。研究人员报告说,这种微观结构创造了一种高度疏水的表面,类似于荷叶所表现出的表面,荷叶以其排斥雨滴的能力而闻名。录像显示,雾水落在亲水性或亲水的峰顶上,然后形成快速增长的水滴,这些水滴附着在鞘翅上。一旦水滴的接触面积覆盖了亲水性峰顶,作者写道,“其质量与其表面接触面积的比率迅速增加,直到克服了将其附着在表面上的毛细管力。” “在这一点上,液滴脱落并沿着倾斜的甲虫表面向下滚动,并沿着其路径被其他峰顶提供的轻微附着力引导。
帕克和劳伦斯指出,“这种集雾结构的设计可以以低廉的成本进行商业规模的复制,并且可以应用于例如集水帐篷和建筑物覆盖物,或应用于冷凝器和发动机。” 事实上,结合甲虫优雅结构的装置可以帮助为缺雨地区提供饮用和农业所需的水。