在千奇百怪的昆蟲世界里，有一類昆蟲不僅長(zhǎng)相出眾、習(xí)性特別，還是天生的折紙大師。

它，就是蠼（qú）螋（sōu）。

屁股帶剪刀

蠼螋，是革翅目（Dermaptera）昆蟲的統(tǒng)稱。這是一類比較原始的昆蟲，在種類以千萬計(jì)的昆蟲中屬于一個(gè)比較小眾的類群。全世界已知現(xiàn)存種類僅有2028種，其中還有79個(gè)是化石種。蠼螋大多分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)，自溫帶至寒帶種類數(shù)量逐漸減少。在中國，蠼螋也很常見，大約有230余種，分布在大江南北，尤以四川、云貴、西藏等西南地區(qū)居多。

圖 蠼螋

（圖片來源：殷海生 攝）

蠼螋最有特點(diǎn)的地方，莫過于屁股上讓人肅然起敬的“大剪刀”了（學(xué)名叫作尾鋏），因此，它也被稱為“剪刀蟲”“夾板子”。這個(gè)剪刀雖不鋒利，但是貴在個(gè)頭大，樣子嚇人。它由蠼螋的尾須特化而來，其功能類似螃蟹的鉗子，可以自衛(wèi)，也可以捕獵，能夠像夾子一樣將獵物牢牢鉗住。但是，也不用害怕，這個(gè)大剪刀沒有毒，人類即使被它夾住也不會(huì)很痛。不同種類的蠼螋尾鋏形態(tài)差異很大，就算是同一種類的蠼螋，雌雄之間也有差異，這成為了科學(xué)家們對(duì)它們進(jìn)行分類的主要依據(jù)。

蠼螋用尾鋏捕食（A），同一種類的雄性（B）與雌性（C）尾鋏存在顯著差異

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[4]）

名聲不太好

奇特的外形、恐怖的大剪刀讓蠼螋成為了無數(shù)恐蟲患者（包括我）的童年噩夢(mèng)。也正因此，自古以來不論在東方還是西方，蠼螋都沒落下個(gè)好名聲。

在西方，蠼螋的英文名稱為earwig，意為“耳蟲”。一說是以其形狀似人耳為名，還有一個(gè)更恐怖的說法是，古人認(rèn)為它會(huì)鉆進(jìn)耳朵，以人腦為食......其實(shí)，這只是人們的主觀臆想。人耳與大腦之間并未直接相通，蠼螋也不可能穿過骨質(zhì)隔板進(jìn)入大腦。即使是蠼螋鉆入耳朵的病例也并不常見。

在中國，古人認(rèn)為被蠼螋咬了以后會(huì)皮膚潰爛或生瘡。但這可能是臭名昭著的隱翅蟲干的“好事”。因?yàn)槎咄庥^有些相似，蠼螋便莫名其妙地“背了鍋”。雖然樣子長(zhǎng)得兇，但其實(shí)絕大多數(shù)的蠼螋對(duì)人并無危害，它們主要以植物或其他昆蟲為食，甚至還可以幫人類消滅蚜蟲、棉鈴蟲等農(nóng)業(yè)害蟲。

養(yǎng)娃有一套

人常說世間最偉大的情感莫過于母愛。在自然界中，母子情深的撫幼行為常常被世人認(rèn)為是哺乳動(dòng)物的專利。然而，作為進(jìn)化較為低等的昆蟲，蠼螋卻是少有的“世上只有媽媽好”。

“蠼螋護(hù)卵如雞孵”，這句老話說的就是雌性蠼螋的養(yǎng)娃行為（學(xué)術(shù)上稱作“親代撫育”）。每到秋天，蠼螋開始交配，并一起在土壤中越冬。在仲冬到初春之際，雄性蠼螋會(huì)主動(dòng)離開巢穴，或被雌性蠼螋趕走。當(dāng)雄性離開后，雌性會(huì)在巢中產(chǎn)下20—80枚白色的卵，并一直悉心照顧這些卵，直到幼蟲孵化。但小蠼螋孵化后，蠼螋媽媽的工作仍未結(jié)束，它還需要外出給自己的兒女覓食，捕獲一些蚜蟲、螞蟻之類的小昆蟲，或者收集一些植物來喂養(yǎng)自己的兒女，直到小蠼螋能夠離開巢穴獨(dú)自生活為止。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在數(shù)以千萬種的昆蟲中，大約只有1%的種類會(huì)表現(xiàn)出親代撫育行為。親代撫育極大地提高了蠼螋幼蟲的成活率，這小眾的類群才得以在地球上繁衍生息億萬年。所以，覺得養(yǎng)娃辛苦的時(shí)候不妨想想蠼螋：蟲且如此，我輩更需加倍努力！

雌性蠼螋在看護(hù)自己卵（左）和幼蟲（右）

（圖片來源：Wikipedia）

翅膀真奇妙

屁股帶剪刀，養(yǎng)娃有一套，這些在昆蟲界已經(jīng)足夠出圈了。但是，蠼螋還有更神奇的絕活！

蠼螋前翅短小比較硬，而后翅是膜質(zhì)的，藏在前翅之下。這也是它被稱為革翅目的原因。對(duì)昆蟲來說，翅膀確實(shí)是個(gè)便利的工具，但也有弊端，不飛行的時(shí)候容易暴露自己。因此，很多昆蟲都會(huì)像蠼螋一樣把翅膀“藏”起來。

瓢蟲展開的后翅（左）和經(jīng)過Z字形折疊后的后翅（右）

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[5]）

為此，蟲蟲們八仙過海各顯奇能。比如金龜子的翅膀簡(jiǎn)單對(duì)折一次就可以收起來。瓢蟲則難度高一些，會(huì)把翅膀折成Z字型。不過，要論折疊技術(shù)，最高的當(dāng)屬蠼螋，它的后翅完全展開表面積能增加10-18倍（因種類而異），是昆蟲界最高的“折疊比”。這樣既可以使它保持完全的飛行功能，同時(shí)又不影響在狹窄的棲息地搞“地下活動(dòng)”。

經(jīng)研究，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，蠼螋這種異常精密復(fù)雜的折疊方式已經(jīng)超過了數(shù)學(xué)上平面折紙能力的極限。那它的翅膀到底是如何折的呢？且看下圖。

蠼螋后翅折疊的示意圖

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[6]）

首先，翅膀的外圍會(huì)像我們用的折扇一樣收起來，只不過它是以一個(gè)圓形區(qū)域而不是一個(gè)點(diǎn)為軸，這樣做的好處是大大增加了可折疊的數(shù)量，合攏之后再內(nèi)折兩次，在3次折疊下，蠼螋的翅膀面積只有原來的1/12！

雖然原理看似簡(jiǎn)單，但當(dāng)你用紙嘗試時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，根本沒法做到完全還原。原因在于，蠼螋的翅膀并非一個(gè)均質(zhì)的結(jié)構(gòu)。下面這張圖是翅膀折疊之后的成像圖，紅藍(lán)線是縱向翅脈，綠線是環(huán)形翅脈，翅脈以及三塊虛線區(qū)域是彈性蛋白構(gòu)成的。簡(jiǎn)單來說，“折痕”處是彈性蛋白，它們連接著剛性翅膜，就像是無數(shù)個(gè)縱橫交錯(cuò)的小彈簧，合攏時(shí)會(huì)在彈性作用下自動(dòng)發(fā)生折疊，這種結(jié)構(gòu)被科學(xué)家命名為“彈簧折紙”（Spring Origami）。更神奇的是，整個(gè)折疊翅膀的過程不需要肌肉提供力量。

蠼螋左后翅折疊的原理圖，依次為：未折疊的左后翅（A） ；肋基部的細(xì)節(jié)（B）、剛性翅膜間的鏈接點(diǎn)（C）；“折痕”處是彈性蛋白（D）

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[6]）

科學(xué)家們利用3D打印技術(shù)制作出模仿蠼螋翅膀的模型，只要用手指輕輕碰一下，紙板就能自動(dòng)折疊。除此之外，他們還驚奇地發(fā)現(xiàn)，這個(gè)模型在展開狀態(tài)下可以實(shí)現(xiàn)“自鎖”，形成具有一定剛度、不會(huì)輕易變形的完整硬質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種自鎖式彈性折紙的發(fā)現(xiàn)為低能耗、高度折疊的機(jī)械設(shè)計(jì)打開了新的大門。試想一下，在野外露營時(shí)，如果有一個(gè)可以自動(dòng)展開和自動(dòng)折疊的帳篷，那該有多么愜意。

利用3D打印制作的自鎖式彈簧折紙模型

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[7]）

當(dāng)然，科學(xué)家的野心遠(yuǎn)不止一頂帳篷。

為了能夠捕捉微小的發(fā)射功率信號(hào)或者收集盡可能多的太陽能，人造衛(wèi)星或者空間站上的天線和太陽能帆板的口徑一般會(huì)設(shè)計(jì)得很大。在發(fā)射階段，天線必須要安裝在火箭或者宇宙飛船的載荷空間里。為了最大限度節(jié)省空間，要求天線（帆板）在裝載時(shí)必須是折疊的，并且在出倉展開后還得堅(jiān)固耐用才行。

空間站上使用的半剛性太陽能帆板質(zhì)量太重折疊困難（左）和哈勃望遠(yuǎn)鏡上的柔性太陽能帆板雖然質(zhì)量輕巧，但為保障折疊效果展開面積有限（右）

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[3]）

如果通過仿生學(xué)設(shè)計(jì)，參考蠼螋翅膀設(shè)計(jì)出新型彈性折疊天線，它們不僅能以自折疊的方式收納，而且運(yùn)行期間不需要制動(dòng)器就能將天線自動(dòng)展開到最大尺寸，這將為人類實(shí)現(xiàn)星際探索的夢(mèng)想提供莫大的助力！

昆蟲是地球上最古老的生物之一，它們飛行了長(zhǎng)達(dá)3億年之久，不僅演化出了令人驚嘆的飛行能力，還進(jìn)化出了經(jīng)濟(jì)適用的翅膀折疊方法。蠼螋這位折紙大師更是將這種生存智慧發(fā)揮得淋漓盡致。

科技創(chuàng)新不僅要有奇思妙想，更要學(xué)會(huì)道法自然。大自然創(chuàng)造的奇跡數(shù)不勝數(shù)，蠼螋只是我們才剛剛認(rèn)識(shí)的其中一個(gè)......

致謝：

感謝上海昆蟲博物館殷海生老師為撰寫本文提供的文獻(xiàn)資料和寶貴意見。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳一心等. 中國動(dòng)物志 昆蟲綱 第三十五卷 革翅目. 北京：科學(xué)出版社，2004:64-346

[2] 王林瑤. 有育兒習(xí)性的大蠼螋生活習(xí)性研究. 昆蟲知識(shí)，1979（05）：211-214

[3] 馬耀鵬. 基于蠼螋后翅折展機(jī)理的空間展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其折展性能研究. 南京航空航天大學(xué). 2018

[4] George Ho Wai-chun. Biological notes on Challia hongkongensis Ho & Nishikawa. (Dermaptera:Pygidicranidae:Challinae). Hong Kong Biological Society, 2010, 2(2):37-38

[5] Kazuya Saito et al. Investigation of hindwing folding in ladybird beetles by artificial elytron transplantation and microcomputed tomography. PNAS, 2017, Vol.114(22):5624-5628

[6] Kazuya Saito. Earwig fan designing: Biomimetic and evolutionary biology applications. PNAS. 2020,117 (30) :17622-17626

[7] Jakob A. Faber et al. Bioinspired spring origami. Science,2018, 359:1386-1391

出品：科普中國

作者：李 勃（陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所）

丁芳兵（陜西省西安植物園）

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