【繽紛生態】非洲銀蟻的耐熱絕招

■非洲銀蟻是少數可以存活在超過攝氏50度環境下的生物。科學家發現了牠們存活的關鍵:銀色的毛髮。

Courtesy: P Landmann
Courtesy: P Landmann

撰文|陳勁豪

非洲的撒哈拉沙漠是地球上最惡劣的環境之一。氣候乾燥自然不在話下,白天最高溫度動輒超過攝氏40度,因此能夠在這種環境下生存的生物幾乎都發展出了特殊能力,否則還沒活下去之前就被這種超高溫的環境烤焦了。

非洲銀蟻 (學名 Cataglyphis bombycina ) 便是少數可以在這種環境下存活的生物。從埃及的沙漠到阿拉伯半島都是牠們的活動範圍。為了適應周圍的超高溫,牠們演化出了特殊的構造,可有效降低自己的溫度,使自己在離開有遮陽功能的巢穴時還能活動幾分鐘。例如牠們的腳特別長,可以避開地面直接傳來的熱量。

除此之外,非洲銀蟻還有一些特別的構造來對抗環境的高溫。一群比利時的科學家對非洲銀蟻進行了仔細的研究。他們用掃描式電子顯微鏡仔細觀察了非洲銀蟻的毛髮。他們發現這些銀色的毛髮截面為三角形,接近身體的一面比較平滑,而另外兩面則呈現皺摺狀。這種三角形的構造有著特殊的功用:當可見光及近紅外線(near-infrared, NIR)的入射角為35-90度的時候,這些毛髮就像是小稜鏡一樣,可以把這些入射光以全反射的方式全部反射掉。而在小入射角的狀況下,可見光的確是會穿透毛髮,但是很可能也會被之後的毛髮反射掉。換句話說,非洲銀蟻的表面就像一面鏡子一樣,可以反射掉絕大多數的陽光,所以不會提昇自己的溫度。另外這些毛髮在中遠紅外線(mid-infrared, MIR)的波長範圍具有相當好的熱輻射性,所以可以相當有效的把多餘的熱量輻射出去,以達到降溫目的。

為了驗證觀察結果,他們觀察了去毛跟未去毛的銀蟻對光的反射效果。結果顯示,未去毛的螞蟻對光的反射效果比去毛的螞蟻好上十倍。接著他們在實驗室中模擬撒哈拉沙漠的環境,並用數位溫度計來測量螞蟻的體溫。他們發現在這種環境中待上90秒,去毛的螞蟻體溫比未去毛的螞蟻平均高出了兩度。

如果這些螞蟻的毛髮不是三角形,而是一般的圓柱形呢?經由電腦模擬,科學家發現圓柱形毛髮的反射效果太差,帶有這種毛髮的螞蟻應該根本無法活在沙漠裡。所以這或許也是自然界天擇下的結果。

原始論文
Willot Q, Simonis P, Vigneron J-P, Aron S (2016) Total Internal Reflection Accounts for the Bright Color of the Saharan Silver Ant. PLoS ONE 11(4): e0152325.

原始報導
Physics World: 2016/04/18: 'Cool' Saharan ants' silver hairs cause total internal reflection

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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