
有这样一种昆虫,它们不仅能在水面快速滑行,还能奔跑、跳跃,而且不会因为划破水面而湿脚。这种昆虫就是水黾。
水黾隶属于半翅目黾蝽科,俗称水马、水蚊子、水蜘蛛、水板凳等,广泛分布于世界各地的湖泊、池塘等静水水域和流速缓慢的溪流,以掉落在水面的其他昆虫或者浮于水面的小型动物尸体为食。成虫长8~10毫米,躯干瘦长,中胸发达,腹面呈灰色;3对足,前足粗短,具抱握作用;中后足细长,向侧方伸开;6足的末端都覆盖疏水刚毛;口器刺吸式,触角呈线状。
无论是通过快速划动来捕捉猎物,还是通过腿部振动来感知危险,水黾的每一个动作都诠释着微小生命的精巧演化。从静水池塘到溪流缓波,它们用独特的生存策略,演绎着属于自己的生存奇迹。
虽然与水有着亲密无间的关系,但水黾无法在水里呼吸,只能浮于水面。民间常把水黾称为“水和尚”,这可能是因为水黾的猎食方式比较“佛系”—静静地趴在水面,纹丝不动又极具耐心地等待食物主动上门。
受限于体形弱小,水黾很少主动捕食,它们通常坐等猎物“自动投喂”。当蚊子、蜘蛛等昆虫不慎落水,或者水下的鱼虾、蝌蚪死亡后浮出水面,那就代表水黾的美食来了。这时,它们会以极快的速度冲向食物,用口器吸食食物。水黾不挑食,它们可以把能吃的各种食物吃得干干净净。
尽管水黾有着“水蚊子”的别名,其实并不叮咬人。水黾的天敌主要有鱼类、鸟类、蜘蛛、蜻蜓幼虫等。虽然水黾会食用蜻蜓成虫的尸体,但蜻蜓幼虫(水虿)对水黾有着更大的威胁。水虿为肉食性,性情凶猛,喜欢捕食小型水生昆虫及其幼虫,甚至可以捕食小鱼和蝌蚪,水黾自然也是它的捕食对象。如此看来,水黾并非天生喜欢静静待在水面,这也是它们为了逃避被捕食的有效生存策略,毕竟一旦在水面闹出点动静,就很容易引起包括水虿在内的捕食者的注意。
春夏时节为水黾的求偶、交配期。交配前,雄虫会利用雌虫害怕在水面“闹出动静”的特点,持续敲击水面以激起微波来“胁迫”雌虫交配。为什么雌虫会害怕水面有动静呢?因为交配时,雄虫在上雌虫在下,雌虫离水面更近,更容易遭到水下捕食者的攻击。虽然交配会让生命安全受到威胁,但并不是所有雌虫都会被动接受。雌虫腹部有一个可以控制开合的生殖盾,如果雌虫愿意接受雄虫的爱意,它就会用类似的频率激起水波纹以回应雄虫,然后打开生殖盾,与雄虫完成交配。可见,水黾的交配多是在冒着生命危险的情况下进行的,这份爱的结合确实很危险。
水黾为不完全变态昆虫,经历卵、若虫、成虫3个阶段。受精成功的雌虫会选择在晴朗的日子将卵产在水草或落叶上。经过一段时间的孵化,卵壳破裂,若虫孵化而出。若虫会先沉入水底,然后浮出水面,随成虫一起活动。经过5次蜕皮后,若虫会变为成虫,在水面的活动速度也会随之提升。

虽然水黾平时都静静地趴在水面上,但一旦遇到美食或危险,它们就会以极快的速度捕食或逃离,在此过程中还不会打湿身体。根据观测,水黾的滑行速度可达1.5米每秒。难怪古人常将水黾称为“卖油郎”—感觉它们的脚底就像抹了油一样,能在水面快速跑跳而不湿身。
首先来看看水黾在水面快速运动而不湿身的原因。我们知道,力的作用是相互的。物体要运动,必须要先给其他物体一个作用力,然后在其反作用力下完成运动。水黾靠足支撑于水面,通过划水完成运动过程,但它们的足又细又长,按理说,受力面积小、压强大,划水时应该打湿身体才对,为何它们能健步如飞而不湿身呢?这主要得益于水黾足部和腹部特殊的刚毛。这些刚毛的平均直径只有几微米(人头发的直径为60~100微米),众多刚毛按同一方向排列并呈螺旋状聚在一起,通过吸附空气以形成气膜,使其足部能支撑超过自重十几倍的重量。同时,水黾腹部密布的刚毛也有一定的疏水性,让水无法沾湿水黾的身体。也就是说,细密且疏水性的刚毛是水黾能轻松浮于水面且不会湿身的秘密所在。当然,水的表面张力也是保证水黾能在水面行动自如的物理因素。表面张力指液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常,液体温度越高,表面张力越小。
接着来看看为何水黾在水面滑行的速度会如此快。水黾主要通过滑动中足完成水上运动,它们的中足特别长,具有强大的推力,承担着“驱动足”的功能;前足和后足则主要起感知水体振动和保持平衡的作用。在三对足的配合下,水黾能轻松推开300倍于自身体积的水量。加上足部和腹部刚毛赋予的疏水性和水的表面张力,水黾才能以极快的速度冲向食物或躲避天敌的捕食。当然,也正是凭借着细长的中后足,水黾才能轻松在水面跳跃,它们跳跃的高度通常有三四十厘米。
水黾是淡水生态系统的关键物种,能通过分解有机质参与物质循环。对水黾生物学特性的深入研究,不仅利于揭示微观尺度下的流体力学规律,更为仿生༁料与微型机器人设计提供了重要启示。中国科学院沈阳自动化研究所微纳米课题组曾从水黾身上获得灵感,结合聚二甲基硅氧烷、石墨烯、磁性颗粒等制备了具有光响应、磁响应及超疏水特性的复合༁料,研制出的仿水黾微型机器人可以完成水面快速游动、跳跃及翻滚等动作。随着研究的深入,新型水黾仿生机器人有望在水处理、水上运输等领域得到应用。