黑水虻 將廚餘轉變回食物

文/施奇廷 |2022.01.04
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食物浪費在全球都是非常嚴重的問題,在台灣,即使廚餘能夠集中回收。但你知道嗎?大部分收集的廚餘都無法被有效利用,超過8成的廚餘都是被焚化的。圖/米各
食物浪費在全球都是非常嚴重的問題,在台灣,即使廚餘能夠集中回收。但你知道嗎?大部分收集的廚餘都無法被有效利用,超過8成的廚餘都是被焚化的。圖/米各
若我們傾倒一個充滿黑水虻的瓶子,可觀察到牠們會像液體般的保持水平面。圖/米各

文/施奇廷

食物浪費在全球都是非常嚴重的問題,在台灣,即使廚餘能夠集中回收。但你知道嗎?大部分收集的廚餘都無法被有效利用,超過8成的廚餘都是被焚化的。

這幾年來生物學家發現黑水虻(black soldier fly,一種飛蟲)的幼蟲,有機會成為解決廚餘問題的關鍵英雄。黑水虻可以分解廚餘,而吸收這些養分長大的幼蟲富有豐富的營養價值,可以直接拿來餵養家禽──等於我們可以靠黑水虻直接把廚餘轉化變回食物。黑水虻在台灣各地都已經有應用,而在中國大陸、韓國、美國等國家地區,也開始有利用黑水虻回收廚餘的產業。

但這跟物理學有什麼關係呢?

動態調整 保持水平



業界的研究人員發現,黑水虻覓食的時候不能太過聚集:當牠們疊在一起覓食的時候,由於自身會放熱卻又無法散熱,導致整群黑水虻會因過熱而死亡。於是有人提倡在一群黑水虻的下面放很細的網子,然後透過這個網子提供向上吹的氣流,從而達到散熱的效果。這個方法叫「流體化」(fluidization),往往可以讓顆粒物質變得和流體一樣,例如讓沙變成流沙。

研究發現,黑水虻在沒有氣流幫忙的情況下,本身就會有類似流體一樣的行為。如果把牠們裝在小瓶子,隨著瓶子朝不同方向傾斜,黑水虻們會像水一樣,自動調整他們的重力位能,讓黑水虻罐的「水面」能夠跟杯子裡的水面一樣維持水平。

氣流增減

無礙升降



照理來說,隨著氣流的增大和減小,黑水虻堆的高度會跟著上升和降落。死掉的黑水虻跟一般的顆粒物質(如沙礫),都會有所謂的「遲滯現象」:也就是說,在氣流減少時,由於少了氣流推升的力量,沙堆高度本來應該下降,但實際上在落下的過程中,固體顆粒會「卡住」,讓沙堆中間形成很多微小的縫隙,整個沙堆反而會高一點。

簡單來說,這就像是你把放咖啡豆的罐子敲一敲,咖啡豆的高度會往下降一些,是一樣的原理。

但研究人員發現,「活」黑水虻堆在氣流中不會有遲滯現象,對於任何一個流速都能維持一致的高度,和氣流的變化方向(增大或是減小)無關。

為什麼黑水虻會有這些特別的性質呢?是因為牠們很聰明,對氣流有特別的應對機制嗎?還是牠們只是隨機扭動,這些特別的性質完全是牠們無意而為之?

風速過快 無法進食



這樣的發現對於物理學家來說很神奇,他們緊接著做了個實驗:在不同的風速下,用X光來偵測食物丟進「黑水虻幼蟲液」之後的分布,以及牠們的「進食效率」──也就是食物隨時間消耗的狀況。

結果發現,當氣流速度太快的時候,雖然可以讓黑水虻不會有過熱的問題,但牠們同時也沒有辦法好好進食——畢竟牠們在空中無法接觸食物啊!(又不是小狗咬飛盤)

或許將來會研究出既可以防止過熱,又可以不影響黑水虻進食的「最佳風速」。這篇研究可謂是「蟲蟲的流體力學」、「蟲蟲的熱力學」、「蟲蟲的凝態物理學」。相關論文發表於2021年12月2日的《物理學前線》。

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