眾所周知，齒輪作為一種機(jī)械元件，依靠齒的咬合傳遞扭矩，可改變轉(zhuǎn)速與扭矩、改變運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)形式等功能。由于傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、功率大，在工業(yè)產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，其設(shè)計(jì)與制造水平會(huì)直接影響到工業(yè)品的品質(zhì)。

圖：維基

而英國(guó)科學(xué)家在一種名為蠟蟬（Issus nymph）的昆蟲(chóng)身上發(fā)現(xiàn)生物齒輪，這可是首例發(fā)現(xiàn)。它將后腿鎖定在準(zhǔn)備跳躍的位置，繃緊身體，在它兩只后腿的頂部，有一對(duì)魚(yú)翅狀的小齒輪整齊地互相咬合。在2毫秒的時(shí)間內(nèi)，它像子彈一樣發(fā)射出去，加速度接近400米每平方秒，是人類(lèi)所能承受加速度的20多倍。它的最高瞬時(shí)速度突破每小時(shí)12.8公里，而它不到2.5毫米長(zhǎng)。

圖：PopularMechanics

劍橋大學(xué)的動(dòng)物學(xué)家馬爾科姆·巴羅斯（Malcolm Burrows）認(rèn)為，跳躍是動(dòng)物所夠做的最快速的事情之一，這導(dǎo)致了動(dòng)物的組織、器官、乃至個(gè)體的結(jié)構(gòu)上的改變，使其能針對(duì)某種功能具有更大的效益。為了逃離險(xiǎn)境，這種昆蟲(chóng)進(jìn)化出這種快速的跳躍能力，要跳得更快，跳得更遠(yuǎn)，于是生物齒輪就會(huì)出現(xiàn)。

圖：PopularMechanics

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)腿部撐開(kāi)進(jìn)行跳躍必須準(zhǔn)確，否則動(dòng)物就會(huì)失去控制。哺乳類(lèi)都是依靠神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)推動(dòng)跳躍，使用穩(wěn)定的調(diào)節(jié)和反饋回路來(lái)保持雙腿同步。而蠟蟬雙腿的速度比哺乳類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)的反應(yīng)速度更快。它從腿部發(fā)出一個(gè)信號(hào)，再?gòu)念^部返回，大約需要5到6毫秒，這時(shí)跳躍的動(dòng)作早已完成。它們通過(guò)一對(duì)生物齒輪在跳躍之前嚙合，把雙腿鎖定在一起，這樣運(yùn)動(dòng)時(shí)的同步精度達(dá)到了1/300000秒。

圖：維基

但奇怪的是，類(lèi)似蠟蟬這樣的跳躍昆蟲(chóng)還有很多，有的比它跳得更快、更好，但只有蠟蟬具有天然齒輪。其他昆蟲(chóng)中大多數(shù)是通過(guò)摩擦來(lái)同步快速跳躍的雙腿，通過(guò)有突起或疙瘩的表面，把雙腿頂端擠壓在一起。研究認(rèn)為，摩擦保證了雙腿以同樣的速度運(yùn)動(dòng)，但是卻沒(méi)有涉及復(fù)雜的相互咬合機(jī)制，卻能夠?qū)崿F(xiàn)和齒輪類(lèi)似的功能。

奇怪的是，蠟蟬不是整個(gè)生命周期都具備這對(duì)齒輪。在幼年期，蠟蟬會(huì)進(jìn)行多次蛻皮，更新它的外骨骼，包括這對(duì)齒輪。但在它最終蛻皮成成蟲(chóng)之后，這對(duì)齒輪就消失了。成蟲(chóng)通過(guò)摩擦來(lái)同步雙腿。

研究人員推測(cè)，如果成蟲(chóng)的齒輪中有一個(gè)齒發(fā)生了滑脫斷裂，它的跳躍能力將會(huì)受到永久的損傷。成蟲(chóng)不能再進(jìn)行蛻皮，沒(méi)有機(jī)會(huì)生長(zhǎng)出更多的輪齒。伴隨每一次的跳躍，整個(gè)咬合系統(tǒng)可能發(fā)生滑脫，從而加速對(duì)剩余輪齒的損害。當(dāng)然這還需要更多研究來(lái)驗(yàn)證此說(shuō)。

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