出品：科普中國

作者：李 勃（陜西省生物農業研究所）

丁芳兵（陜西省西安植物園）

監制：中國科普博覽

在千奇百怪的昆蟲世界里，有一類昆蟲不僅長相出眾、習性特別，還是天生的折紙大師。

它，就是蠼（qú）螋（sōu）。

屁股帶剪刀

蠼螋，是革翅目（Dermaptera）昆蟲的統稱。這是一類比較原始的昆蟲，在種類以千萬計的昆蟲中屬于一個比較小眾的類群。全世界已知現存種類僅有2028種，其中還有79個是化石種。蠼螋大多分布于熱帶和亞熱帶地區，自溫帶至寒帶種類數量逐漸減少。在中國，蠼螋也很常見，大約有230余種，分布在大江南北，尤以四川、云貴、西藏等西南地區居多。

圖 蠼螋

（圖片來源：殷海生 攝）

蠼螋最有特點的地方，莫過于屁股上讓人肅然起敬的“大剪刀”了（學名叫作尾鋏），因此，它也被稱為“剪刀蟲”“夾板子”。這個剪刀雖不鋒利，但是貴在個頭大，樣子嚇人。它由蠼螋的尾須特化而來，其功能類似螃蟹的鉗子，可以自衛，也可以捕獵，能夠像夾子一樣將獵物牢牢鉗住。但是，也不用害怕，這個大剪刀沒有毒，人類即使被它夾住也不會很痛。不同種類的蠼螋尾鋏形態差異很大，就算是同一種類的蠼螋，雌雄之間也有差異，這成為了科學家們對它們進行分類的主要依據。

蠼螋用尾鋏捕食（A），同一種類的雄性（B）與雌性（C）尾鋏存在顯著差異

（圖片來源：參考文獻[4]）

名聲不太好

奇特的外形、恐怖的大剪刀讓蠼螋成為了無數恐蟲患者（包括我）的童年噩夢。也正因此，自古以來不論在東方還是西方，蠼螋都沒落下個好名聲。

在西方，蠼螋的英文名稱為earwig，意為“耳蟲”。一說是以其形狀似人耳為名，還有一個更恐怖的說法是，古人認為它會鉆進耳朵，以人腦為食......其實，這只是人們的主觀臆想。人耳與大腦之間并未直接相通，蠼螋也不可能穿過骨質隔板進入大腦。即使是蠼螋鉆入耳朵的病例也并不常見。

在中國，古人認為被蠼螋咬了以后會皮膚潰爛或生瘡。但這可能是臭名昭著的隱翅蟲干的“好事”。因為二者外觀有些相似，蠼螋便莫名其妙地“背了鍋”。雖然樣子長得兇，但其實絕大多數的蠼螋對人并無危害，它們主要以植物或其他昆蟲為食，甚至還可以幫人類消滅蚜蟲、棉鈴蟲等農業害蟲。

養娃有一套

人常說世間最偉大的情感莫過于母愛。在自然界中，母子情深的撫幼行為常常被世人認為是哺乳動物的專利。然而，作為進化較為低等的昆蟲，蠼螋卻是少有的“世上只有媽媽好”。

“蠼螋護卵如雞孵”，這句老話說的就是雌性蠼螋的養娃行為（學術上稱作“親代撫育”）。每到秋天，蠼螋開始交配，并一起在土壤中越冬。在仲冬到初春之際，雄性蠼螋會主動離開巢穴，或被雌性蠼螋趕走。當雄性離開后，雌性會在巢中產下20—80枚白色的卵，并一直悉心照顧這些卵，直到幼蟲孵化。但小蠼螋孵化后，蠼螋媽媽的工作仍未結束，它還需要外出給自己的兒女覓食，捕獲一些蚜蟲、螞蟻之類的小昆蟲，或者收集一些植物來喂養自己的兒女，直到小蠼螋能夠離開巢穴獨自生活為止。

科學家們發現，在數以千萬種的昆蟲中，大約只有1%的種類會表現出親代撫育行為。親代撫育極大地提高了蠼螋幼蟲的成活率，這小眾的類群才得以在地球上繁衍生息億萬年。所以，覺得養娃辛苦的時候不妨想想蠼螋：蟲且如此，我輩更需加倍努力！

雌性蠼螋在看護自己卵（左）和幼蟲（右）

（圖片來源：Wikipedia）

翅膀真奇妙

屁股帶剪刀，養娃有一套，這些在昆蟲界已經足夠出圈了。但是，蠼螋還有更神奇的絕活！

蠼螋前翅短小比較硬，而后翅是膜質的，藏在前翅之下。這也是它被稱為革翅目的原因。對昆蟲來說，翅膀確實是個便利的工具，但也有弊端，不飛行的時候容易暴露自己。因此，很多昆蟲都會像蠼螋一樣把翅膀“藏”起來。

瓢蟲展開的后翅（左）和經過Z字形折疊后的后翅（右）

（圖片來源：參考文獻[5]）

為此，蟲蟲們八仙過海各顯奇能。比如金龜子的翅膀簡單對折一次就可以收起來。瓢蟲則難度高一些，會把翅膀折成Z字型。不過，要論折疊技術，最高的當屬蠼螋，它的后翅完全展開表面積能增加10-18倍（因種類而異），是昆蟲界最高的“折疊比”。這樣既可以使它保持完全的飛行功能，同時又不影響在狹窄的棲息地搞“地下活動”。

經研究，科學家們發現，蠼螋這種異常精密復雜的折疊方式已經超過了數學上平面折紙能力的極限。那它的翅膀到底是如何折的呢？且看下圖。

蠼螋后翅折疊的示意圖

（圖片來源：參考文獻[6]）

首先，翅膀的外圍會像我們用的折扇一樣收起來，只不過它是以一個圓形區域而不是一個點為軸，這樣做的好處是大大增加了可折疊的數量，合攏之后再內折兩次，在3次折疊下，蠼螋的翅膀面積只有原來的1/12！

雖然原理看似簡單，但當你用紙嘗試時會發現，根本沒法做到完全還原。原因在于，蠼螋的翅膀并非一個均質的結構。下面這張圖是翅膀折疊之后的成像圖，紅藍線是縱向翅脈，綠線是環形翅脈，翅脈以及三塊虛線區域是彈性蛋白構成的。簡單來說，“折痕”處是彈性蛋白，它們連接著剛性翅膜，就像是無數個縱橫交錯的小彈簧，合攏時會在彈性作用下自動發生折疊，這種結構被科學家命名為“彈簧折紙”（Spring Origami）。更神奇的是，整個折疊翅膀的過程不需要肌肉提供力量。

蠼螋左后翅折疊的原理圖，依次為：未折疊的左后翅（A） ；肋基部的細節（B）、剛性翅膜間的鏈接點（C）；“折痕”處是彈性蛋白（D）

（圖片來源：參考文獻[6]）

科學家們利用3D打印技術制作出模仿蠼螋翅膀的模型，只要用手指輕輕碰一下，紙板就能自動折疊。除此之外，他們還驚奇地發現，這個模型在展開狀態下可以實現“自鎖”，形成具有一定剛度、不會輕易變形的完整硬質結構。這種自鎖式彈性折紙的發現為低能耗、高度折疊的機械設計打開了新的大門。試想一下，在野外露營時，如果有一個可以自動展開和自動折疊的帳篷，那該有多么愜意。

利用3D打印制作的自鎖式彈簧折紙模型

（圖片來源：參考文獻[7]）

當然，科學家的野心遠不止一頂帳篷。

為了能夠捕捉微小的發射功率信號或者收集盡可能多的太陽能，人造衛星或者空間站上的天線和太陽能帆板的口徑一般會設計得很大。在發射階段，天線必須要安裝在火箭或者宇宙飛船的載荷空間里。為了最大限度節省空間，要求天線（帆板）在裝載時必須是折疊的，并且在出倉展開后還得堅固耐用才行。

空間站上使用的半剛性太陽能帆板質量太重折疊困難（左）和哈勃望遠鏡上的柔性太陽能帆板雖然質量輕巧，但為保障折疊效果展開面積有限（右）

（圖片來源：參考文獻[3]）

如果通過仿生學設計，參考蠼螋翅膀設計出新型彈性折疊天線，它們不僅能以自折疊的方式收納，而且運行期間不需要制動器就能將天線自動展開到最大尺寸，這將為人類實現星際探索的夢想提供莫大的助力！

昆蟲是地球上最古老的生物之一，它們飛行了長達3億年之久，不僅演化出了令人驚嘆的飛行能力，還進化出了經濟適用的翅膀折疊方法。蠼螋這位折紙大師更是將這種生存智慧發揮得淋漓盡致。

科技創新不僅要有奇思妙想，更要學會道法自然。大自然創造的奇跡數不勝數，蠼螋只是我們才剛剛認識的其中一個......

致謝：

感謝上海昆蟲博物館殷海生老師為撰寫本文提供的文獻資料和寶貴意見。

參考文獻：

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