撒哈拉銀蟻

與其他箭蟻屬蟻種不同，銀蟻的大型個體生有特徵明顯的軍刀狀的下顎，在有翅雌蟻以及多型工蟻中同時存在。兵蟻同時具備雌蟻和工蟻的特徵，在蟻羣中擔任防禦外敵和存儲食物的工作。 ^[1] 

圖1中從左至右依次為：蟻后，工蟻，兵蟻。

儘管沒有已知的陸生動物可以在温度超過50°C的環境下長期生存，但他們卻能夠在表面温度超過70℃的撒哈拉大沙漠中生存，該屬的物種通常在形態和生理上能夠適應乾燥和炎熱的環境。

它們在沙漠中以昆蟲和其他死亡的節肢動物為食。它們能在50°C下的環境裏生存，是已知最耐熱的昆蟲之一。

銀蟻不僅耐熱，其爬行速度也相當快。如果將銀蟻換算成人類的體型，它們可以達到每小時280英里的速度，也就是每小時450公里。

安哥拉，以色列，利比亞，突尼西亞，馬裏，沙特阿拉伯 ^[1] 

據科學日報報道，美國哥倫比亞大學工程學院應用物理學助理教授餘楠方（Nanfang Yu）和瑞士蘇黎世大學以及美國華盛頓大學的同事發現了撒哈拉銀蟻在地球上最炙熱的環境裏保持涼爽的兩個關鍵策略。餘的研究小組是第一個展示這種螞蟻會利用一種獨特形狀頭髮外衣來控制非常大範圍內，從太陽光譜（可見光和近紅外光）到熱輻射光譜（中紅外）的電磁波，以及在不同的光譜帶使用不同的生理機制來實現降低低温的生理功能。這項研究被髮表在6月18日的期刊《科學》上。

“這個生動的例子展示了進化是如何引發生理特性的適應性，從而完成生理學任務並保證存活，在這個例子裏是指預防撒哈拉銀蟻變得過熱，”餘説道。“雖然目前已經有很多研究調查紫外線和可見光譜裏生命系統的物理光學，然而我們對紅外光在這些生物裏所起作用的瞭解非常有限。我們的研究顯示人類肉眼可見的光並不意味着它在活體有機物中沒有起着至關重要的作用。”

這個項目最初源於科學家們非常好奇螞蟻引人注目的銀色外套是否在保證它們在極熱環境裏保持涼爽中起着非常重要的作用。餘的小組在意識到紅外光的重要作用後發現這個問題的答案其實要廣泛得多。他們有關體温調節問題存在生物學解決方法的發現或可以導致具有最優冷卻特性的新型扁平光學組件的發展。

“這種仿生冷卻表面將具有太陽光譜的高反射性和熱能輻射光譜的高輻射效率，”餘解釋道。“所以這或可以產生有用的應用，例如車輛、建築物、設備甚至衣物的冷卻表面。”

撒哈拉銀蟻會在中午陽光最強烈時在撒哈拉沙漠裏覓食，沙漠表面温度高達70攝氏度，它們必須保證大多數時間自身體温低於熱能極限，也就是53.6攝氏度。在它們大範圍的覓食旅途中，螞蟻會尋找昆蟲以及其它節肢動物的屍體，後者無法忍受沙漠惡劣的熱能環境。在一天中最炙熱的時刻活動使得這些螞蟻可以躲避捕食性沙漠蜥蜴。研究人員一直都很好奇這些小型昆蟲（大約10毫米）是如何在這一極端炙熱和壓力的環境裏存活下來。

利用電子顯微鏡檢查和離子束銑，餘的研究小組發現螞蟻身體頂部和側邊都覆蓋有三角形截面的獨特形狀的毛髮，這使得它們可以以兩種方式保持涼爽。這些毛髮在最高太陽輻射的可見光和近紅外光下是高度反射性的。這些毛髮在電磁光譜紅外波段是高度放射性的，它們相當於一個抗反射層，可以增強螞蟻通過熱輻射卸載多餘熱量的能力，這主要是通過將身體的熱量釋放至冷卻的天空來實現。當螞蟻暴露在晴朗的天空就可以產生這種被動冷卻效應。

“為了方便理解熱輻射的效應，想象一下早上你起牀時感受的寒冷。在下牀的那一瞬間因熱輻射就丟失了一半的能量，因為你身體的温度暫時比周圍環境要更高。”研究人員發現，增強的太陽光譜反射性和提高的熱輻射效率將銀蟻的體温有效地降低了5-10攝氏度。“這些銀蟻可以操控這麼廣的光譜範圍內的電磁波這一事實展示了昆蟲看似簡單的生物學器官所具備的功能有多複雜。”研究首席作者、餘的博士研究生諾爾曼·石楠（Norman Nan Shi）這樣説道。

餘和石與瑞士蘇黎世大學腦研究所的魯迪格·魏納（Rudiger Wehner）教授、以及美國西雅圖華盛頓大學電子工程學教授蓋裏·伯納德（Gary Bernard）合作進行了這一項目，他們都是昆蟲生理學和生態學研究的專家。哥倫比亞大學工程小組設計和進行了所有實驗性工作，包括光學和紅外顯微鏡學和光譜學研究，熱力學實驗以及計算機模擬和仿真。他們正在研究如何將這項撒哈拉銀蟻研究裏所學知識應用於創造一個平的光學組件，或者稱“元表面”，後者包含一個納米光子元素的二維陣列，具有光學和熱能輻射特性。

餘和他的研究小組計劃接下來拓展他們的研究至生活在極端環境的其它動物或有機物，試圖學習這些生物面對這些極端環境條件的策略。“動物進化了不同的策略來感知和使用電磁波：深海魚有眼睛可以幫助它們在深水裏移動和捕食，蝴蝶利用翅膀裏的納米結構創造不同顏色，蜜蜂可以看見紫外線信號並作出迴應，螢火蟲會使用閃光通信系統，”餘補充説道。“為了感知或者控制電磁波而進化的器官在複雜度和有效性方面往往超越仿真人造設備。理解和利用這種自然設計概念可以加深我們對複雜生物系統的理解，從而激發創造新型科技的靈感。” ^[2]