【雨中的蚊子，为啥没被砸死？】细雨漫步很浪漫，但作为蚊子，雨中飞行相当于天上掉汽车！它们是怎么活下来的？今年#菠萝科学奖#物理学奖颁给美国佐治亚理工学院胡立德教授，他发现了蚊子不会被雨滴砸死的秘密——特殊的身体结构和四两拨千斤的飞行技巧。

雨滴砸在蚊子身上，就像汽车砸在人身上，为什么蚊子不会被砸死？图片来源：作者供图

漫漫细雨对我们来说时常是浪漫而惬意的象征，可你有没有想过，对体积微小的昆虫，譬如蚊子来说，雨中漫步简直就是一场灾难大片。一滴雨珠的重量可以达到蚊子体重的50倍之多，在蚊子眼中，我们口中的“毛毛雨”，不下于一辆辆甲壳虫汽车从天而降！可惜的是，在如此漫天高速飞落的“甲壳虫汽车”雨中，蚊子依然能够嗡嗡作响而毫发无损。是什么赋予了它们如此神通？

为了破解这一谜题，美国佐治亚理工学院的胡立德教授与美国疾病控制中心合作，对雨中飞舞的蚊子进行了高速摄像，以便仔细观察蚊子被雨滴击中瞬间的行为。

这可不是一件容易的事情：首先，要从几米高的距离外让雨滴开始加速并准确“击中”蚊子简直是不可能的任务，“守株待兔”等蚊子被“人工降雨”自然击中的概率也微乎其微。研究员们于是采用了“水枪打蚊群”的策略，将数以百计的蚊子装入一个细高的透明容器中，从容器顶端用高速喷头向蚊群发射与自然界中雨滴速度相仿（大约每秒9米）的“模拟雨滴”，以增加蚊子被“雨滴”击中的概率。

同时，由于蚊子与雨滴在瞬息之间便擦身而过，如何让实验设备自动而准确地捕捉这一时刻成了另一个亟需解决的问题。研究员们想出的办法是，在蚊子飞行高度的上方设置一道“激光封锁线”，雨滴穿过激光线时，便触发高速相机开始以每秒4000帧的速度拍摄，详细记录蚊子与雨滴相互作用中的每一个动作。

通过拍摄下的高速视频，胡立德教授与他的研究小组分析并归纳了雨滴击中蚊子不同部位的各种情况，计算出了蚊子在遭遇雨滴的瞬间所受的作用力，以及其后随雨滴向下移动的距离。他们发现，蚊子不像我们可能推测的那样能够躲避雨滴，但被雨滴击中的蚊子也不会受到冲击带来的伤害。蚊子的秘诀，就在于它们体重极轻。

研究小组拍摄的高速视频显示，蚊子被雨滴击中时并不抵挡雨滴，而是与雨滴融为一体，顺应雨滴的趋势落下。当雨滴击中蚊子翅膀或腿部时，蚊子会向击中的那一侧倾斜，并通过高达50度的高难度“侧身翻滚动作”让雨滴从身侧滑落。而当雨滴直接击中蚊子身体时，蚊子先顺应雨水强大的推力与之一同下落，随之迅速侧向微调与雨滴分离并恢复飞行。

图A展示了实验用的模拟雨滴与蚊子的相对大小；图B为实验装置示意图；图C和图D是视频中的一系列截图，显示了蚊子被雨滴击中后迅速作出高难度的“侧身翻滚动作”让雨滴从身侧滑落。图片来源：作者供图

研究小组发现，若是雨滴击中蚊子时，蚊子栖息于无法移动的地面上，雨滴的速度将瞬间减小为0，并施加等同于蚊子体重10000倍的力在蚊子身上，足以致命。而当蚊子在空中被击中并采用“不抵抗”策略时，蚊子受到的冲击力就减小为自重的50-300倍，只相当于在蚊子身上压了一根羽毛——这是蚊子所能够承受的。两者之间的区别，就如同“一拳打在钢板上”和“一拳打在棉花上”。

虽说蚊子看似柔弱如风中浮萍被雨滴砸得摇晃不定，但正是由于蚊子的重量微不可记，在与雨水碰撞的过程中，雨滴几乎没有减速，动能并未转化为能量击打在蚊子身上，而是让蚊子瞬间加速，从而化解了高速下降的雨滴带来的巨大冲击。这就像是“以柔克刚”, 达到“四两拨千斤”的效果。想不到小小的蚊子还个个是太极高手呢！

除了避免冲击带来的伤害，蚊子雨中求生的另一秘诀则是它们疏水性的细毛。覆满防水细毛的身体使得蚊子在随着雨滴下落的过程中与雨滴保持分隔状态，从而能够迅速摆脱雨滴重新飞起，在雨滴将它们砸落地面造成致命伤害前逃出生天。

胡立德教授的这一发现被发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，并引起了广泛关注。事实上，这项研究不只是跟蚊子有关。在对于自然界的应对之道上，动物往往有着比我们更丰富的经验，并在千万年的进化过程中发展出了适合它们生存环境的结构和功能。研究和模拟这些动物应对大自然的特殊本领，可以为我们的科学家和工程师提供新的设计思想，解决机械技术上的很多难题——比如，如何更好地设计微型飞行器，让它们能够像蚊子一样，在雨中轻盈地翱翔。（编辑：Steed）

参考文献

Andrew K. Dickerson, Peter G. Shankles, Nihar M. Madhavan, and David L. Hu. (2012). Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi:10.1073/pnas.1205446109

视频: [2015菠萝科学奖]物理奖获奖解读
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向好奇心致敬 2015菠萝科学奖

2015年菠萝科学奖的巨型“奇葩”奖杯，实际上这是大型科学观测项目“斯隆数字巡天”的废旧光纤插板

“呵呵的网络功能研究”摘得增设的语言学奖

颁奖现场

　　新浪科技讯 4月11日晚，被誉为中国版搞笑诺贝尔奖的2015年菠萝科学奖在杭州揭晓。包括“一根棒棒糖能舔多少次”、“蚊子为什么不会被雨滴砸死”、“呵呵的网络功能研究”、“一坨肉的365天”在内的科研成果或事件摘得9个奖项。

　　“呵呵”夺走语言学奖
　　这是菠萝科学奖的第四次亮相。过去三年，一批妙趣横生但略显无厘头的科研成果通过这种形式被挖掘出来。
　　“一根棒棒糖能舔多少次”、“蚊子为什么不会被雨滴砸死”、“有血缘关系的猴子长得更像”、“章鱼胺决定饥饿后是否觅食”、“名字偏好与幸福感”、“可以发电的纹身贴”分别夺得菠萝科学奖组委会颁出的数学奖、物理学奖、医学生物奖、化学奖、心理学奖、发明奖。
　　《美丽化学》和 “一坨肉的365天”分获菠萝ME奖和菠萝U奖。值得注意的是，本届的幻想奖空缺，而“呵呵的网络功能研究”摘得增设的语言学奖。对此组委会解释说，这两个奖项变化完全符合菠萝科学奖的原则，首先是宁缺毋滥，其次，只要符合菠萝科学奖的精神，就值得组委会特别设立一个奖项。
　　浙江科技馆馆长李瑞宏表示，严肃对待日常生活中的小事，符合科学精神又寓教于乐，这也是菠萝科学奖的初衷。

　　九项获奖项目详解

　　医学生物奖：有血缘关系的猴子长得更像
　　获奖者：郑州大学生物多样性与生态学研究所路纪琪教授团队。
　　路纪琪教授团队用五个月时间，为太行山三个母系的26只猕猴拍摄了一系列面部的照片，并运用数学方法进行了面部相似度的分析，研究表明，有血缘关系的猴子长得更像。

　　数学奖：一根棒棒糖能舔多少次
　　获奖者：纽约大学柯朗数学系黄金紫团队
　　一根棒棒糖需要舔多少次才能舔完？纽约大学柯朗数学系黄金紫团队把棒棒糖放在一根被水流冲刷的管道中，通过延时摄影拍下棒棒糖的溶解过程。最终研究者得出两个结论：不管棒棒糖原来是什么形状，也不管水流速度多快，棒棒糖在即将完全溶解时的形状几乎都是月牙形；通过固体溶解的规律预测，对于直径1厘米左右的棒棒糖，大约要1000次才能舔完。

　　心理学奖：名字偏好与幸福感
　　获奖者：中国科学院心理研究所行为科学重点实验室蔡华俭课题组
　　一个人的名字和他的幸福感有没有关联？中科院心理所的蔡华俭研究组选取了304对双胞胎，让他们回答“是否喜欢自己名字”“情感幸福感”等问题，据此研究二者的关系。结果表明，一个人的幸福感与他喜欢自己名字有关，但与别人是否喜欢他的名字无关。

　　物理奖：蚊子为什么不会被雨滴砸死
获奖者：胡立德博士及佐治亚理工学院生物力学实验室
　　雨滴砸在蚊子身上，就像汽车砸在人身上，为什么蚊子不会被砸死？佐治亚理工学院的胡立德教授，捕捉了大量的蚊子，用水**拟雨滴，并用高速摄像机拍下了蚊子被砸的过程。研究发现，飞行中的蚊子之所以不会被雨滴砸死，是因为蚊子拥有强壮的外骨骼，而且会顺势跟雨滴一起下落，因此受到的冲击力比较小。

　　化学奖：章鱼胺决定饥饿后是否觅食
　　获奖者：浙江大学生命科学研究院王立铭团队
　　感到饥饿时想进食和四处寻找食物是两套不同的神经机制。浙江大学王立铭教授的研究团队敲除了果蝇的一种基因，使它无法合成章鱼胺。这种果蝇在饥饿时，不会外出去觅食。而是在原地静静等待食物送上门来，直到饿死为止。

　　发明奖：可以发电的纹身贴　
获奖者：美国加州大学圣地亚哥分校 Joseph Wang团队
　　继温饱问题之后，人类开始解决智能手机电量带来的困扰。 Joseph Wang团队团队为此发明了一种可发电的纹身贴，发电材料是汗液中的乳酸。人类进行短跑，俯卧撑等无氧运动时可产生乳酸。在不考虑身体极限的前提下，让一个成年人快速蹬6个小时的自行车，可以让一部手机的续航时间延长足足1秒。

　　菠萝U奖：《美丽化学》
　　获奖者：《美丽化学》团队
　　从某种意义上说，我们就是由化学反应构成的，却很少有机会从美学的角度来观察原子重生排列的种种风貌。去年，中科大梁琰副研究员和他的团队制作了一副以微米计的壮美图景，堪称“烧杯中的国家地理”。让人感到遗憾的是，这一作品居然没能获得奥斯卡最佳摄像奖和普利策摄影奖，希望我们的菠萝U奖能够让他们稍感安慰。

　　菠萝Me奖：一坨肉的365天
　　获奖者：新浪微博网友张弘弢
　　从2014年1月1日到2014年12月31日，张弘弢持续观察一块肉在常温下的腐败过程。同时在社交网络上坚持图文直播。每天都有大批网友关心这坨肉的最新动向，并有热心粉丝为这坨肉的照片制作了精良的配乐视频。

　　语言学奖：“呵呵”的网络功能研究
　　获奖者：华东师范大学毕业生汪奎
　　“呵呵”作为带有强烈负面感情色彩的网络用语，被汪奎作为硕士毕业论文的研究主题并获得了导师的肯定。为了表彰这项在社会科学方面充满好奇心的研究，菠萝科学奖主办方决定授予其语言学奖。

　　延伸：巨型的奇葩奖杯——来自宇宙项目
　　除了获奖奖项有意思外，每年菠萝科学奖的奖杯都像一个“彩蛋”，无固定样式却别具一格。前两届颁奖典礼的奖杯由著名雕塑家、画家薛继业设计，第三届颁奖典礼的奖杯是“自发对称性破缺帽”，由中学化学老师马承刚设计制作。

　　今年菠萝科学奖的奖杯继续保持着令人惊奇的特质，同时它背后的意义也让人肃然起敬——大型科学观测项目“斯隆数字巡天”向菠萝科学奖组委会无偿提供了10块废旧光纤插板作为奖杯。

　　菠萝科学奖顾问、科普译者李剑龙介绍说，对获奖者来说，这块铝合金插板本身没有任何实用价值，但它承载着奥秘的故事。全世界仅有6000多块。重要的是，每块光纤插板都对应着星空的一个特定区域，每个小孔都对应着该区域中的恒星、星系或类星体，记录着人类探索宇宙的历史。（文星）

2015菠萝科学奖物理奖：雨中的蚊子为啥没被雨滴砸死