撒哈拉沙漠也许是地球上最可怕的生存环境之一。干旱、炎热、剧烈的昼夜温差,诸多恶劣的因素奠定着这里的恐怖基调,死一般的沉寂似乎应该是这里唯一的旋律。然而即便在这样的地方,生命的声音依然铿锵有力。撒哈拉银蚁(Cataglyphis bombycina)是其中引人注目的佼佼者。
撒哈拉银蚁在烈日下搬运食物。要在世界上最热的荒漠活下去,首先得耐得住热。这些蚂蚁中的“银闪闪”们无疑将这个本事发挥到了极致——它们通常在正午阳光最强烈时觅食,那时沙漠的地表温度可能高达70℃。在躲过沙漠蜥蜴等捕食者的威胁后,撒哈拉银蚁必须争分夺秒地寻找被热死的昆虫,拖回家饱餐一顿。这些银蚁何以做到不惧酷暑?这跟它们令人惊叹的银色“盔甲”又有没有关系?
美国哥伦比亚大学应用数学与应用物理学系的助理教授虞南方,与好友苏黎世大学吕迪格·维纳教授、华盛顿大学西雅图分校加里·伯纳德教授等人决定一探究竟。显然,这些小家伙们有这样的本领。为了破解其中奥秘,虞南方等人首先用扫描电子显微镜对银蚁进行拍摄。结果显示,在撒哈拉银蚁的背部和体侧部,也即是银蚁反射出银色光芒的区域,排列着致密而有序的毛。
这些毛有着特殊的结构:它们的横截面是三角形,贴近身体的一面平滑,而另外两个面则呈现出波纹形态——这些独特的毛发正是银蚁帅气外表与耐热内涵的来源。三角形横截面可以有效地反射来自不同入射角度的可见光和近红外光(NIR)。在入射角约为30°时,这些毛贴近身体的那个平滑面可以完全反射掉所有的入射光。
此外,银蚁的毛还赋予银蚁极高的热辐射率——它们可以向外界辐射波长为6-16μm的中红外光(MIR)来散出热量。虞南方说:“物理学家用发射率来衡量物体向外辐射热量的能力。黑体具有最佳的热辐射能力,它表面的发射率为1。而在中红外波段,得益于自己的毛发,银蚁的发射率被提升到接近黑体。”
然而离开了这层毛之后,银蚁似乎也就收了神通:虞南方给银蚁做了“脱毛”后发现,银蚁保持低温的能力显著下降。这些结果发表在最新一期的《科学》(Science)杂志上。虞南方指出,撒哈拉银蚁的降温手段将可能启发工业生产。撒哈拉银蚁:“能在这里活下来,可不只是长得拉风就够了!”