昆蟲飛行的奧祕──30萬倍的呼吸效率

文/森昭彥

  蝴蝶在眼前快樂地飛舞著。就在如此悠閒的田園景色裡,突然小朋友的一個簡單問題,讓我整個思緒完全改變。

  「為什麼蝴蝶能夠飛呢?那我也可以嗎?」

  飛機不能夠振翅,卻能夠飛翔,主要是因為使用350噸的爆發性能量和在機翼的形狀上下功夫,才能夠產生上升力。如果飛機像鳥和昆蟲一樣振翅的話,周圍便會產生空氣漩渦造成失速和墜落。

  對於只有0.056g的紋白蝶(Pieris rapae )來說,牠的飛翔方式是無法用這個定理來解釋的。若以流體力學來解釋的話,也會得到「昆蟲會掉下來」的結論。

 

30萬倍能量效率

 

  直到1998年,終於由英國劍橋大學的艾靈頓教授說明了飛機和昆蟲飛行方式的不同。空氣就像是小而輕的生物,有黏性且感覺沉重。例如,乘坐雲霄飛車時,由於風壓所以整個身子會向後仰。重量輕的紋白蝶,當牠起飛時,能量一下子就會用完。然後牠會使用肌肉攪動有黏性的空氣,讓翅膀周圍的空氣產生漩渦,並藉由反作用力,以盤旋而升的氣流力量讓牠得到上升飛行的能力。當翅膀由上往下拍打時,身體便往上浮起,翅膀舉起的時候飛向前進。這種跟游泳蝶式很像的樣子,在空氣中也能夠如此有效率地游著。

  蝴蝶還有另一項在動力物理能力方面的訣竅。雖然人和噴射機占有優勢,但是鳥類和昆蟲的「能量供給能力」卻更為出色。昆蟲沒有肺,呼吸是靠腹部的氣門,又有如上一頁所提到的,牠們沒有血紅蛋白等來輸送氧氣,而是直接將空氣送到牠的引擎(肌肉),所以牠的翅膀完全不會感到疲累。這種供給的效率是人類的30萬倍!和一邊爬樓梯一邊喘氣的我們是完全不同的。