蚊子為什麼不會被雨滴打死?:《破解動物忍術》導讀——2021 台積電盃 青年尬科學/「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文

台積電盃青年尬科學」是臺灣大學科學教育發展中心於 2012 年主辦「青年尬科學」競賽,自 2013 年起獲得台積電文教基金會贊助。期望藉由競賽提升 15 至 18 歲、國三到高三青年的科普表達能力。

本文為 2021 台積電盃青年尬科學/「科普書籍閱讀寫作競賽」優選導讀文,為盡量完整呈現學生之作品樣貌,本文除首圖及標點符號、錯字之外並未進行其他大幅度編修。

  • 撰文:葉至宸|國立羅東高中
利用磁懸浮技術飄起一隻活青蛙。此實驗獲 2000 年搞笑諾貝爾物理學獎。得主之一的俄羅斯裔荷蘭物理學家安德烈·海姆在十年後憑藉與石墨烯相關的研究獲得了 2010 年真正的諾貝爾物理學獎。圖/WIKIPEDIA

科學的原動力——好奇心

科學出於好奇,想必多數人都曾聽過這句話,最近在新聞上,看到搞笑諾貝爾獎的得獎者名單。裡面不乏是些看似荒謬、可笑的題目。從人與貓之間的語言交流,到用倒掛的方式運送犀牛。每個獎項都頒給了大眾可能嗤之以鼻、不以為然的主題。但正如搞笑諾貝爾獎的宗旨:「乍看之下令人發笑,之後發人深省」,一個看似可笑的題目,背後常令人深思。用倒掛的方式運送犀牛可能早就行之有年,但從沒有人想過該以何種方式才會使犀牛的身體承受最低的負荷。同理,在本書中也可看到許多類似的故事,像是已經獲得此項殊榮的「21 秒排尿原則」,或是「蚊子怎麼能在雨中飛」,都是些看似令人發笑,但深入了解後卻會有「原來是這樣啊」的感嘆。

尿尿的黃金秒數

在前面提到的 21 秒排尿原則一文,可以看到作者從發現問題到開始研究,到最後完成研究,其中的心路歷程。明明這不是甚麼難發現的現象,但作者不僅是紀錄下了觀察到的現象,而是透過動物解剖學的知識,再加上簡單的帕斯卡原理。最後發現因為尿道的長度生長異於其他身體器官的異速生長尺度,它的異速生長尺度是等速生長,而根據作者的猜測,21 秒的原因可能是在演化的過程中「夠好即可」,21 秒應該已經夠短而不使動物在排尿時承受過大的風險。而如果要更短的時間,則尿道要變更長,使動物生活不便,或是變得更寬,使寄生蟲容易進駐。

21 秒的尿尿時間可能是剛剛好,所以大部分的動物並沒有演化成更長或更短的時間。圖/Pixabay

昆蟲身上的智慧

而在蚊子怎麼能在雨中飛一文,作者使用高速攝影機觀測實際生活中,蚊子被雨滴打到之後的行動,他們發現,這就像是用一隻手嘗試殺死一隻蚊子,不可能使其死亡,實際上只是在推動牠。而他們也發現了熊蜂與胡蜂在翅膀中的翅脈與「褶皺緩衝區」,藉由實驗測試後,他們推測了這塊區域的功能類似於避震器。而令人驚豔的,這塊區域可以承受高達 40 萬次的撞擊而不會使該個體無法移動,原因來自於它的材質──節肢彈性蛋白,因為這種材料的彈性,如果使用這種材質來取代人類的肌腱,我們所踏出的每一步將能多出 10% 的距離。

蟻群是流體還是固體?眾所皆知,螞蟻是一種社會性動物,在許多狀況下表現出來的都是群體而不是個體,像是渡過水面時,牠們會形成蟻筏,一隻隻的螞蟻連結在一起,這時若有外力衝擊,使蟻筏斷裂,牠們可以以最快的速度重新連結,在人類世界,這就稱為自我修復。而若可以模擬螞蟻的這種行為,那就可以達成許多現在科技還無法做到的事,本文提及的是利用演算法模擬蟻群行為,並操縱模組機器人,使其能在許多環境下發揮功用。

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近年來仿生學的應用越來越廣,從上山到下海,從救災到提升人類生活品質,從前幾篇文章中不難發現,仿生學的進步往往出自於人類的好奇心,不管是古怪的抑或是令人發笑的,在經過縝密的科學觀察以及實驗之下,常會有意想不到的功效,也許原本蟻群的群體智慧會被拿去救災,也許在昆蟲身上的節肢彈性蛋白將來會取代我們身體的一部分。而這本書就提供了許多這類的想法,而在本書之中不僅有許多有趣的小故事,也有科學家們在仿生的過程中,遇到了哪些困難與如何解決,如果對仿生學有興趣的話,這本書將會是一個良好的媒介。

昆蟲是古老而成功的類群,也許有許多地方值得人類學習。圖/Pixabay

作品評語

文章中規中矩,能從簡介書籍內容,論述科學研究的價值與潛在貢獻。



  • 書名:破解動物忍術:如何水上行走與飛簷走壁?動物運動與未來的機器人
  • 作者:胡立德(David L. Hu)
  • 譯者:羅亞琪
  • 出版社:三民書局
  • 出版年:2020
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青年尬科學

「台積電盃青年尬科學」是為提升高中生科學素養與表達能力的全國性競賽,自2013年起獲得台積電文教基金會贊助。 「科普書籍閱讀寫作競賽」:閱讀科普好書並撰寫導讀文。 「科學創意表達競賽」:撰寫科學影片報告並重新演示影片中的知識。