知了清韻之“羽翼自潔便翾好”

秦自民

昆蟲是地球上最古老的飛行家，翅膀的存在使昆蟲在覓食、求偶、避敵等方面獲得了巨大的優(yōu)勢。跟絕大部分昆蟲一樣，蟬也擁有兩對翅膀。蟬的翅膀不僅很美，而且功能強(qiáng)大。自然選擇使蟬的翅膀具備了適應(yīng)環(huán)境的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。蟬的兩對翅膀形狀和結(jié)構(gòu)基本相同，都是膜質(zhì)的，薄而輕，有利于飛翔。蟬翼的長寬比近于一個常數(shù)，主要由翅脈和翅膜構(gòu)成。從剖面看蟬翼呈網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)，從整體看蟬翼又屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)，這樣的構(gòu)造簡單明了、節(jié)省材料、自重很輕。蟬飛行時通過變換翅膀的位置、迎角、受力面積和改變翅脈夾角等控制方向，改變飛行姿態(tài)，可以瞬間完成起飛、變速，或以小于身長的半徑轉(zhuǎn)彎，非常靈動。因此，蘇軾贊蟬：“蛻形濁污中，羽翼便翾好。”

蟬翼與仿生

繪畫大師齊白石熱愛自然，觀察細(xì)致。他曾經(jīng)創(chuàng)作了一幅寫意與工筆有機(jī)結(jié)合的《蟬》，惟妙惟肖，栩栩如生，充滿了濃郁的生活氣息。最讓人驚嘆的是，他通過點(diǎn)、線、面的巧妙結(jié)合，加之以濃淡暈染勾勒，將蟬翼的透明度表現(xiàn)得淋漓盡致，讓人真正領(lǐng)會到了“薄如蟬翼”的精髓！

人們常用“薄如蟬翼”形容極薄的透明之物，如“蟬紗”。陸龜蒙說蟬“雙翎薄更無”。蟬翼薄而透明像不存在一樣，這是因?yàn)橄s的翅膀具有減反射性、高透光性。蟬翼翅脈之間的翅膜看起來十分光滑，但通過原子力顯微鏡掃描，可以清楚地觀察到翅膜表面的三維結(jié)構(gòu)有許多排列規(guī)律而且密集的柱狀突起，這是一種特殊的納米結(jié)構(gòu)。這種納米結(jié)構(gòu)，在蟬的飛行過程中能夠提高機(jī)械強(qiáng)度和空氣動力學(xué)效率，它也是蟬翼減反射性、高透光性的來源。不同物種的蟬，其翅膀具有不同高度、密度、間距和直徑的納米柱結(jié)構(gòu)。華南理工大學(xué)的研究者模仿蟬翼制成的聚苯乙烯仿生功能材料，同樣具有蟬翼一樣的減反射性和疏水性。

其實(shí)，蟬翼具有多功能生物特性，除了減反射性之外，還有自清潔和殺菌功能。蟬翼表面特殊的微觀結(jié)構(gòu)使固/液界面形成了一層穩(wěn)定的空氣膜，使水滴不能浸潤而造成了超疏水性，確保蟬翼具有自清潔性。這樣的特性有益于蟬飛行時的受力平衡和飛行安全，并為雨中飛行提供了可能。日本關(guān)西大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，蟬的透明翅膀表面的納米柱狀結(jié)構(gòu)對所吸附的細(xì)菌細(xì)胞壁可以產(chǎn)生大而持續(xù)的機(jī)械拉伸力，細(xì)胞壁被拉伸到極限就破了，細(xì)菌也就死了。這種殺菌過程完全是一種物理效應(yīng)，不涉及任何化學(xué)反應(yīng)，真是神奇！研究人員根據(jù)蟬翼的結(jié)構(gòu)仿制了一張表面有很多細(xì)小凸起的薄膜，然后將大腸桿菌加到薄膜上，經(jīng)過10～20分鐘，細(xì)菌就因細(xì)胞壁損壞而一命嗚呼。

無獨(dú)有偶，澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對蟬翼的殺菌和細(xì)胞相容特性進(jìn)行研究，采用電子束曝光技術(shù)進(jìn)行蟬翼結(jié)構(gòu)的仿生制造，加工出類似的納米錐陣列結(jié)構(gòu)，同樣具有殺菌功能和生物相容性。這種基于物理抗菌原理的新型納米仿生材料克服了化學(xué)抗菌劑帶來的環(huán)境污染和耐藥性的缺點(diǎn)，迅速成為一個新興的研究熱點(diǎn)，有望應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、服裝制造和家庭廚房等多個領(lǐng)域，從而使我們的生活變得更加健康、美好。蟬翼有如此強(qiáng)大的自清潔和殺菌功能，對于蟬還會“無人信高潔”嗎？

病態(tài)的蟬花

蟬和自然界中的各種生物一樣，都是經(jīng)過億萬年的自然選擇，優(yōu)勝劣汰后生存下來的佼佼者，其結(jié)構(gòu)與功能至臻完美。然而，道高一尺魔高一丈。蟬翼有殺菌功能，有些真菌就對沒有翅膀的蟬若蟲進(jìn)行攻擊。由于若蟲要長時間棲息在遍布微生物的潮濕土壤中，因此很容易成為蟲生真菌的寄主。蟬花就是蟬的若蟲被真菌寄生后形成的病態(tài)現(xiàn)象，是真菌與被寄生而亡的蟬若蟲的復(fù)合體。跟冬蟲夏草一樣，蟬花的外形是“動物+植物”的奇妙組合。蟬的若蟲被麥角菌科的某種真菌感染、寄生，當(dāng)環(huán)境適宜時，真菌開始萌發(fā)菌絲體，吸收蟲體的營養(yǎng)，最終蟲體被菌絲體完全占據(jù)而只剩下一個軀殼。此后，在僵硬的蟲尸上菌絲體又轉(zhuǎn)化為具有繁殖功能的子實(shí)體，頂端分枝形似花朵，故而被稱為蟬花。

宋朝蘇頌在《圖經(jīng)本草》中就有關(guān)于蟬花的描述：“今蜀中有一種蟬，其蛻殼頭上有一角，如花冠狀，謂之蟬花。”其實(shí)，早在南北朝時《雷公炮炙論》中就記載了關(guān)于蟬花的加工方法，說明蟬花早就被用作中藥。蟬花在中藥中的使用比冬蟲夏草更早，因?yàn)槠鋫€頭比冬蟲夏草大，所以俗稱大蟲草。蟬花的藥用價(jià)值略似冬蟲夏草，而比蟬蛻更高，有提高人體免疫力、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜及解熱作用。

蟬花是真菌寄生在蟬若蟲體內(nèi)并將其殺死后開出的“惡之花”，但還有一種真菌更加邪惡，竟然可以直接在活著的蟬體上“開花”。這種團(tuán)孢霉屬真菌侵入蟬體后，破壞蟬的器官，吸收蟬的營養(yǎng)，大約一周后，真菌的子實(shí)體從蟬的尾部爆出，開出罪惡的白色“花朵”—長出一團(tuán)白花花的孢子。由于這種真菌可以產(chǎn)生微量的苯丙胺和致幻劑，因此被感染的蟬會像吸過毒一樣興奮，陷入性愛狂歡，即使瀕臨死亡，依然精力充沛。它們一邊翩翩起舞，一邊尋找配偶，一邊撒落孢子，樂此不疲地幫助真菌感染更多的同類，至死方休。

自然界的各種生物之間相生相克，每一種生物都是生態(tài)系統(tǒng)中重要的一員，它們共同奏響了一支美妙的生命交響曲。能夠歷盡千難萬險(xiǎn)最終蛻皮羽化的蟬是生存競爭中驕傲的勝利者，它擁有功能超級強(qiáng)大的蟬翼，能夠抵抗絕大多數(shù)病菌的侵襲，而且其嬌小的身軀里似乎蘊(yùn)含著巨大的能量，它有資本為此而放聲歌唱。