壁虎效应12590KB.docVIP

第六單元 壁虎效應 你曾經羨慕武林中功夫高強俠士，可以飛簷走壁來去自如嗎？這些或許是小說裡的動人情節，現實生活中，人類難以達成。在自然界中也有許多的生物，頗不起眼，卻擁有絶世武功，是人類這樣的高等生物無法做到的，就如壁虎。壁虎在牆壁與天花板間自由爬行，即使頭在下腳在上也不致受重力影響而掉落。數千年前的亞里斯多德就觀察到這種現象，也曾在他的動物自然科學史提到他眼中的壁虎:「即使頭在下腳在上，壁虎也能夠繞著樹幹跑來跑去。」為什麼壁虎有這樣的功夫呢?很多的科學家都絞盡腦汁，想一探壁虎武功的奧秘。 尋找壁虎的身世 時而身手敏捷、時而靜默沈思的壁虎，若僅從外觀分辨許多人會將它與蜥蜴混為一談，事實並非如此，雖然它們在生物學上的分類皆為動物界、脊索動物門（脊索動物亞門）、爬蟲綱、有鱗目，但壁虎為壁虎科，蜥蜴則否。壁虎為冷血動物平日晝伏夜出，以捕食蚊蠅小蟲為主，代謝慢，不需大量食物即能維持生命。因此，少吃、少拉、少尿，生活習性很乾淨。按台灣之生物學家統計在台灣的壁虎，其種類共計達五屬十種，存在於台灣本島及離島各地，主要為樹棲型。在台灣常見的壁虎有兩種，其中的蝎虎主要分佈於中、南部與東南部地區。蝎虎，牠能由喉部發出ge-ge-ge 的響亮叫聲，很引人注意；另一種為無疣蝎虎，主要分佈於北部地區，則無法發出明顯叫聲。 與壁虎相關的趣聞相當多，如壁虎別名守宮，其來由依據晉人張華《博物誌》將壁虎養在容器裡頭，每天只餵牠吃硃砂，牠就會全身通紅，吃足了七斤硃砂以後，便將壁虎磨碎，用來點在女人四肢上。那個紅點經歷一整年也不會消失，。 其實，壁虎最強的功夫並非叫聲，而是它的腳下功夫，能夠在天花板、牆壁間自由快速爬行，這是人類嚮往並追求的能力。至於，它為何有此能力呢？過去科學家分析兩個表面可以緊緊的貼合不分離，應用在壁虎腳上的可能性有下列因素：（1）生物分泌黏液：如某些昆蟲及蛙類是靠他們腳上分泌的特殊黏液來附著於物體表面，這樣一類的生物在他們走過的表面都會留下黏液的痕跡，但壁虎爬過之處並不會留下痕跡，壁虎的腳上也未曾發現有分泌黏液的組織。所以，可以確認壁虎並不是靠分泌黏液來達到黏著的效果。（2）大氣壓力的作用：科學家也曾懷疑壁虎所以能在壁上自由爬行，是因為大氣壓力之故。科學家將壁虎置於不同的大氣壓力下發現其黏著的力量依然強大，故其黏著力也非大氣壓力之故。（3）靜電力的作用：科學家讓壁虎處於充滿於正、負電荷的空氣中，其黏著力依然不減，故排除靜電力作用之故。（4）摩擦力的作用：在國中的課程中曾經學習影響摩擦力的因素有物體與接觸面垂直作用力（方向朝向接觸面）的大小及接觸面的性質，就第一點來看，壁虎是不可能靠摩擦力黏附上在天花板上的，因為當壁虎在天花板上爬行時，其重力方向則天花板方向相反；另外，科學家也曾改變接觸面的性質，壁虎在極度光滑的矽晶圓表面，依然能夠緊緊吸附。（5）微交錯作用力：如某些昆蟲的勾爪攀爬在樹幹或粗糙的表面上一樣，只不過壁虎的勾爪尺寸較小而已，但因科學家驗證因攀爬表面粗糙度並不影響其吸附能力而排除。（6）凡得瓦爾力：科學家經實驗證明壁虎的黏著力主要依靠凡得瓦爾力，至於驗證細節，則下節討論。 壁虎的凡得瓦爾力功法 自二十世紀以來，顯微鏡學技術的突飛猛進，在掃描式穿隧式電子顯微鏡的協助下，使得壁虎的腳下祕密，得以揭開。西元1965年加州大學的芮巴爾跟恩斯特靠著掃描式電子顯微鏡的幫助觀察壁虎見到腳下肉墊組織的皮瓣結構，皮瓣結構呈弧狀皺褶，其長度約為1~2毫米。其褶皺的組成為披覆著如毛髮般的剛毛，每根剛毛的長度約30至130微米，直徑是數微米。每根剛毛末端具有如樹枝般的分支，分叉出總數量介於100至1000根、直徑0.1~0.2微米，稱為匙突（spatulae）。 美國奧勒岡州路易斯克拉克學院生物系的奧特姆教授，曾經在 2000 年透過實驗提出壁虎功是源自於分子間作用力的間接證據。2002 年他們又進一步提出直接證據，證明壁虎黏著的方法是仰賴微弱的凡得瓦爾力。凡得瓦爾（Van Der Waals，簡稱為VDW）力通常當2個分子相距2奈米（10-9 m）時才會顯著，而壁虎的腳趾有將近10億支的，很靠近平面，每平方公分10牛頓的凡得瓦爾力。每根剛毛產生的力量微不足道，但累積起來就很可觀。根據計算，一根剛毛能夠提起一隻螞蟻的重量，而一百萬根剛毛雖然佔地不到一個小硬幣的面積，但可以提起20公斤的重量。毛如果壁虎同時使用全部剛毛，就能夠支持12公斤的重量。 壁虎腳底的吸附力如此強大，那又要如何能輕鬆的在天花板及樹幹間，自由爬行呢？這是科學家們好奇又急於想探索的。根據奧特姆教授毛毛毛剛毛要分離相當容易，剛毛的毛幹可當做，將匙突拉離牆面。壁虎毛有助於降低拉離所需的力量。壁虎功 壁虎在難道壁虎的剛毛 根據奧特姆教授在 2002