知乎日报

每日提供高质量新闻资讯

头图

为什么世界上没能进化出来能喷火的生物?

鸑鷟鹓鶵 / CC0

鸑鷟鹓鶵,液氧-酱油火箭发动机酿造酱油攻城狮,围脖同名

当你想要喷出熊熊烈火时,必须解决一个非常困难问题——火是怎么点燃的?

这个问题不仅搅局了生物进化出喷火的功能,还长期困扰着航天工程师。

从下面的这些例子,你就可以看出,生物想喷火,只会比航天更难。

早在现代火箭诞生之前,俄国人康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基就推算出,液氧 + 液氢是最高效的化学能燃料。

但人们在很长时间里都没能做好液氧 + 液氢的火箭发动机。

其中一个关键的问题就是:液氧 + 液氢在相遇时不会自行燃烧,如何去点燃?

早期的火箭工程师们尝试了你能想到的所有办法,包括常见的火花塞和火药,等等等等,但这些装置点燃的效果极其不稳定。

你想要的是充分燃烧,但结果通常是花式爆炸。

试想,如果金属结构的火箭发动机经受不住这些爆炸,生物体又如何能承受呢?

最简单的,也是较早投入实践的,是自燃火箭燃料,当氧化剂遇到还原剂时,会自动燃烧。

想法是好的,但选择燃料却是个麻烦事:

需要燃料化学性质活泼,不然不会自燃。

但是!你还需要燃料不那么活泼,不然又过于频繁地爆炸。

(到底要多活泼。。。)

几十年里,无数的工程师试验了大量的燃料。

在这类燃料中,最著名的当属偏二甲肼 + 四氧化二氮了,也就是著名的万年毒发。

这些对生物体毒性很大的燃料,显然也不适合生物体自用。

这些而对于那些需要强制点火,却性能很高的燃料。

苏联人选择了用带电热丝的火药柱,去点燃加压液氧 + 高温煤油;

美国人选择了电火花塞,去点燃高压液氧 + 高压液氢。

高温、高压、催化剂,一股浓浓的化学工业风。

真是为难我胖虎啊。。。

尽管不能勉强生物体进化出火箭发动机的功效,但还是有生命体,类似的实现了自燃的喷射效果。

这些动物属于:

节肢动物门(地球上种类最多的一个门)

昆虫纲(节肢动物中种类最多的一个纲)

鞘翅目(昆虫纲中种类最多的一个目,包含大家常见的各种甲虫)

步甲科(这个就不是最多的了。。。)

气步甲亚科

在这个种类庞大的演化池中,演化出了类似小型火箭发动机的结构。

这些气步甲拥有储存室 RSC(火箭的燃料箱)、反应室 RXC(火箭的燃烧室)以及喷口 EC(火箭的喷口)。

最重要的,产生燃料的腺体,这个火箭没有,都是外部加注的。

而气步甲喷射的原理,在于催化剂!

学过高中生物的朋友应该对酶这类特殊的蛋白质不陌生,一些税务人士喜欢称之为酵素。

酶是生物界的化学工程师,别看几乎都是蛋白质,却能在常温、常压下实现让人类化学工程师们极其头疼的化学反应。

气步甲所使用的催化剂,就是过氧化氢酶。

平时,腺体的产生的过氧化氢

(双氧水)和对苯二酚

的混合溶液可以储存在储存室。

一旦有需要,储存室的溶液流入反应室,在催化器的反应下产生大量气体,并把高温(~100℃)、高压的气体(包含氢气和氧气)和液体一起喷射出去。

在反应过程中,由于反应不稳定,氢气和氧气会产生一些燃烧和爆炸。

这群自带反应时间短、间歇性开机、水火交融“火箭发动机”的气步甲们,可能是生物演化中最接近喷火的生物了。